Распространение водорода во вселенной

Нахождение водорода в природе

Водород – самый распространенный элемент во вселенной: по современным данным, он составляет примерно 92% от общего числа ее атомов. Водород содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, кометах, входит в состав звезд. В недрах звезд на определенной стадии их эволюции протекают разнообразные термоядерные реакции с участием водорода. Классический пример: превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Для большинства звезд, в том числе и для нашего Солнца, водород служит главным источником энергии. Скорость процесса (число ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре вещества за единицу времени) мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало. Однако, вследствие огромной массы Солнца, общее количество выделяемой энергии огромно. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 миллиона тонн в секунду!

Водород в Солнечной системе.

Основная масса водорода в Солнечной системе сосредоточена, конечно же, в самом Солнце, а так же в далеких холодных планетах-гигантах: на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. В небольших количествах он содержится в атмосфере всех планет и входит в состав минералов и других соединений (аммиак, метан, синильная кислота). Ядра атомов водорода – основа так называемого солнечного ветра. Общее содержание атомов водорода в Солнечной системе составляет 84%.

Водород на Земле.

Общее содержание водорода на Земле составляет всего 0,15% по массе или 3,0% мольных долей. Водород составляет 0,88-1,0% массы земной коры, считая воду и воздух. Его содержание в атмосфере планеты 5·10 -5 % по объему. По распространенности на Земле этот элемент занимает 9-е место. В свободном состоянии встречается сравнительно редко – содержится в нефтяных, горячих и вулканических газах, присутствует в виде включений в некоторых минералах. Некоторое количество водорода появляется постоянно в атмосфере в результате разложения органических веществ микроорганизмами (процессы гниения), но затем водород быстро поднимается в стратосферу благодаря своей легкости. По этой же причине постоянно покидает атмосферу Земли.

Большая часть водорода связана в форме воды, глин и углеводородов; последние составляют основу нефти и входят составной частью в природные горючие газы. Водород в составе воды и органических соединений входит в состав всех растительных и животных организмов. Также водород содержится в буром и каменном угле, входит в состав целого ряда минералов (в виде кристаллизационной воды, например, KCl·MgCl₂·6H₂O).

Источник

Самый распространённый элемент во вселенной

Безусловно, что в нашем понимании вселенная это нечто единое целое. Но имеющее свою структуру и состав. Сюда относятся все небесные тела и объекты, материя, энергия, газ, пыль и многое другое. Все это образовалось и существует, независимо от того, видим ли мы это или ощущаем.

Тёмная материя

Учёные давно рассматривают такие вопросы: Что же образовало такую вселенную? И какие элементы её наполняют?

Сегодня мы поговорим о том, какой элемент самый распространённый во вселенной.

Водород

Оказывается этот химический элемент самый лёгкий в мире. Кроме тго, его одноатомная форма составляет примерно 87% всего состава вселенной. Помимо того, он содержится в большинстве молекулярных соединений. Даже в воде, или, к примеру, он является частью органических веществ. Вдобавок водород выступает особенно важной составляющей частью кислотно-основных реакций.
Кроме того, элемент растворим в большинстве металлах. Что интересно, водород не обладает запахом, цветом и вкусом.

Водород

В процессе изучения, учёные называли водород горючим газом.
Как только не определяли его. В своё время он носил имя рождающий воду, а затем водотворное вещество.
Лишь в 1824 году ему присвоили название водород.

Во вселенной водород входит в состав 88,6% всех атомов. Остальное в большем количестве составляет гелий. И лишь малая часть это прочие элементы.
Следственно, звёзды и другие газы имеют в своём составе в основном водород.
Кстати, опять же он имеется и в звёздных температурах. Однако в виде плазмы. А в космическом пространстве он представлен в виде молекул, атомов и ионов. Интересно, что водород способен формировать молекулярные облака.

Молекулярное облако Ориона

Характеристика водорода

Водород уникальный элемент, так как не имеет нейтрон. Он содержит лишь один протон и электрон.
Как указывалось, это самый лёгкий газ. Важно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость. На это не влияет даже температура.
Теплопроводность водорода одна из высоких среди всех газов.
Помимо всего прочего, он хорошо растворим в металлах, что влияет на его способность диффундировать через них. Иногда процесс приводит к разрушению. К примеру, взаимодействие водорода и углерода. В этом случае происходит декарбонизация.

Появление водорода

Возник во вселенной после Большого взрыва. Как и все химические элементы. По теории, в первые микросекунды после взрыва температура вселенной была выше 100 млрд градусов. Что образовало связь трёх кварков. В свою очередь, эта взаимодействие создало протон. Таким образом, возникло ядро атома водорода. В процессе расширения температура упала, и кварки образовали протоны и нейтроны. Так, на самом деле, возник водород.

Связь трёх кварков

Гелий

В промежутке от 1 до 100 секунд после образования вселенной часть протонов и нейтронов соединилась. Тем самым образовав другой элемент-гелий.
В дальнейшем расширение пространства и как следствие снижение температуры приостановило соединительные реакции. Что важно, они вновь запустились внутри звёзд. Так образовались атомы других химических элементов.
В результате получается, что водород и гелий являются основными двигателями образования остальных элементов.

Гелий

Гелий вообще является вторым по распространённости элементом во вселенной. Его доля составляет 11,3% всего космического пространства.

Свойства гелия

Он, так же как и водород, не имеет запаха, цвета и вкуса. Вдобавок, это второй по лёгкости газ. Но его температура кипения самая низкая из всех известных.

Гелий — это инертный, нетоксичный и одноатомный газ. Теплопроводность его высокая. По этой характеристике он вновь стоит на втором месте после водорода.
Добыча гелия осуществляется методом разделения при низкой температуре.
Интересно, что раньше гелий считали металлом. Но в процессе изучения определили, что это газ. При том, основной в составе вселенной.

Применение гелия

Все элементы на Земле, за исключением водорода и гелия, породила миллиарды лет назад алхимия звезд, часть которых является ныне неприметными белыми карликами где-то на другой стороне Млечного Пути. Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звезд.

Мы сотворены из звездного вещества.
Карл Саган

Применение элементов

Человечество научилось добывать и применять с пользой для себя химические элементы. Так водород и гелий применяют во многих сферах деятельности. Например в:

пищевой промышленности;
металлургии;
химической промышленности;
нефтепереработке;
производстве электроники;
косметической промышленности;
геологии;
даже в военной сфере и др.

Как видно, эти элементы играют важную роль в жизни вселенной. Очевидно, само наше существование напрямую зависит от них. Мы знаем, что ежеминутно происходит рост и движение вселенной. И несмотря на то, что они по отдельности небольшие, все вокруг основано из этих элементов.
Поистине, водород и гелий, также как другие химические элементы, уникальны и удивительны. Пожалуй с этим невозможно поспорить.

Источник

Водородные облака во Вселенной

Наиболее распространенным веществом в межзвездном пространстве, да и вообще во Вселенной, является водород. Радиоастрономы слышат шум, производимый этим газом во всех частях нашей Галактики. Атом водорода имеет только один электрон. Иногда электрон срывается со своей орбиты, и тогда в пространство посылается радиосигнал.

Каждый отдельный сигнал весьма слаб, по в космическом пространстве так много водорода, что астрономам удается получить общий, суммарный эффект от этого водорода в виде излучения с длиной волны 21 см.

Водородные карты Млечного Пути обнаруживают красивую спиральную форму нашей Галактики с большим количеством водорода, находящегося в ее спиральных рукавах.

Водородные облака вращаются в Галактике точно так же, как планеты обращаются вокруг Солнца. Скорость перемещения водородного облака зависит от того, как далеко находится оно от центра нашей Галактики. Исходя из скоростей водородных облаков мы можем вычислить общий объем и форму Галактики.

Облака молекулярного водорода — древнейшего строительный материал во Вселенной

В рамках исследования ученые использовали данные, полученные спектрометром HIRES, установленном на телескопе обсерватории Кека.

При помощи данного инструмента ученые проанализировали свет, идущий от двух удаленных квазаров на расстоянии 12 миллиардов световых лет от Земли.

В результате астрономам удалось обнаружить, что по дороге к Земле этот свет прошел через два облака водорода, расположенных на расстоянии 11,8 и 11,6 миллиарда световых лет от нашей планеты. По словам ученых, в обнаруженных облаках почти отсутствуют следы элементов тяжелее водорода. Это означает, что облака сформировались на заре развития Вселенной, когда сверхновые еще не успели «засеять» пространство более тяжелыми элементами.

Новые данные позволят пересмотреть современные представления об эволюции Вселенной.

В начале сентября 2011 года в The Astrophysical Journal появилась статья о том, что источником тяжелых элементов в космосе могут служить не только сверхновые. Известно, что данные элементы образуются в результате процесса, который протекает при взрывах звезд.

Оказалось, однако, что этот процесс может происходить и во время столкновения пары нейтронных звезд в двойных системах. По словам ученых, новые результаты позволяют разрешить известное противоречие — согласно существующим компьютерным моделям, одних сверхновых недостаточно, чтобы создать тяжелых элементов столько, сколько наблюдается во Вселенной сейчас.

Астрономические наблюдения водородных облаков

Водородное облако окружило галактику Вертушку

Американские астрономы обнаружили вокруг галактики М51 гигантское облако ионизированного водорода. Из-за своего спирального внешнего вида она носит название «Вертушка». В свое время, именно Вертушка дала ученым ключевые представления о спиралевидных галактиках и их роли в космическом пространстве.

Команда из Университета Кейс Вестерн резерв, впервые провели наблюдение за огромным водородным облаком, которое было вытеснено за пределы галактики, а позже разогрето посредством излучения от центральной сверхмассивной черной дыры.

Осуществить данное исследование стало возможным благодаря 75-летнему телескопу, находящемуся в Аризонских горах.

Специалистам известно о том, что в глубоком космосе происходят подобные процессы, но на столь близком расстоянии от Земли их наблюдать еще не удавалось. Поэтому астрономы используют этот уникальный шанс для изучения функционирования черной дыры, процесса извержения водородного газа из ее недр, а также оценки влияния данного процесса на прилегающие области космоса.

Гигантское водородное облако

Внушительно большое облако нейтрального водорода обнаружено во Вселенной совершенно случайно при решении других астрономических задач в Аресибо американскими астрономами из Корнеллского университета. В поперечнике это облако раз в 10 больше нашей Галактики, а водородная масса в облаке почти в миллиард раз больше массы нашего светила.

Облако располагается по направлению к созвездию Льва на расстоянии 65 млн световых лет от Земли и вращается вокруг центра масс со скоростью 80 км/с.

Как предполагают ученые, из этого гигантского водородного облака возможно рождение новой галактики. Тем самым под сомнение подпадает столь распространенная теория большого взрыва об одновременном рождении всех галактик после колоссального взрыва во Вселенной.

Рой водородных облаков, летящих от центра нашей галактики

Группа астрономов обнаружила то, что кажется великим исходом из более чем 100 водородных облаков, вытекающих из центра Млечного Пути и направляющихся в межгалактическое пространство.

Это наблюдение, сделанное с помощью Зеленого банковского телескопа Национального научного фонда (GBT), может дать астрономам более четкое представление о так называемых Ферми-пузырях, гигантских воздушных шарах перегретого газа, вздымающихся выше и ниже диска нашей галактики.

«Центр Млечного Пути — особое место», — отмечает Джей Локман, астроном в Обсерватории «Зеленый берег» в Западной Вирджинии. «В основе его лежит черная дыра, в несколько миллионов раз более массивная, чем Солнце, и есть районы интенсивного рождения звезд и разрушения взрывной звезды».

Над и под диском Млечного Пути появляются водородные облака. Нейтральный водородный газ, основной компонент этих облаков, ярко светит на радиоволне 21 см. Эти водородные облака были впервые обнаружены командой Австралийского национального университета. Свойства этих облаков позволяют ученым узнать о форме ветхого региона и огромных энергиях, которые задействованы.

Путем моделирования распределения и скоростей облаков астрономы обнаружили, что они заполнят конус, простирающийся выше и ниже Млечного Пути на расстояние не менее 5000 световых лет от центра. Облака имеют среднюю скорость около 330 километров в секунду.

«Дело в том, что мы так и не нашли края этого роя водородных облаков. Где-то над галактическим центром они должны рассеиваться или становиться ионизированными. Но пока неизвестно, где находится эта граница, поэтому нам еще предстоит проделать большую работу», – заключил Эрико ДиТедоро, соавтор исследования из Австралийского национального университета.

Интересный факт

Огромное водородное облако возвращается в нашу Галактику!

По данным на декабрь 2019 года космический телескоп Hubble получил новые данные об огромном водородном облаке, которое несется по направлению к нашей галактике со скоростью более 300 км/ с.

Траектория облака хорошо известна астрономам. Объект получил название Облако Смит. Оно было открыто студенткой Гейл Смит в начале 1960-х гг.

Новые наблюдения, проведенные Hubble, свидетельствуют о том, что облако образовалось во внешних районах галактического диска около 70 млн. лет назад. Сейчас оно бумерангом возвращается в Млечный Путь.

Чем опасно гигантское водородное облако Смит?

Встреча облака с нашей галактикой запустит активный процесс звездообразования. Согласно расчетам астрономов, в облаке достаточно газа для того, чтобы произвести 2 млн. звезд. В настоящий момент облако имеет форму кометы. В длину оно простирается на 11 тыс. световых лет, а его ширина составляет 2,5 тыс. световых лет.

Если бы облако было видимым в небе, оно бы занимало область, размер которой был бы в 30 раз больше диаметра Луны во время полнолуния.

Исследование показало, что в Облаке Смит много серы. В нем ее столько же, сколько во внешнем диске Млечного Пути – регионе, расположенном на расстоянии около 40 тыс. световых лет от центра галактики (на 15 тыс. световых лет дальше, чем наша Солнечная система).

Таким образом, было выявлено, что Облако Смит содержит в большом количестве материал, произведенный звездами. Это указывает на то, что облако было выброшено из Млечного Пути и сейчас оно возвращается бумерангом обратно.

Полученные Hubble данные вызывают новые вопросы:

что выбросило облако из Млечного Пути;
каким образом облаку удалось остаться при этом невредимым;
есть ли связь с прохождения сквозь диск темной материи, вырвавшей газ из Млечного Пути.

Возможно, ответы на эти вопросы удастся получить во время будущих исследований.

Видео

Источник