Эффект Умова: облака космической пыли и тайны Вселенной

Учёные ДВФУ разрабатывают методику, чтобы рассчитать соотношение пыли и газа в оболочке и хвосте комет. Это поможет проникнуть в историю образования Солнечной системы и понять процессы, которые происходили на разных этапах формирования Вселенной. Подробнее - в материале Planet Today.

Учёные Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) под руководством астрофизика Евгения Зубко, ведущего учёного Школы естественных наук (ШЕН) ДВФУ, пытаются решить фундаментальную для современной астрофизики задачу – оценить отражающую способность частиц космической пыли по их способности рассеивать солнечный или, в общем случае, звездный свет. Для этого учёные исследуют оптические характеристики пылевых частиц в газо-пылевой оболочке и хвосте комет.

В основе разрабатываемой методики лежит эффект Умова - обратная зависимость между отражающей способностью объекта и поляризацией света, рассеянного объектом: чем ярче объект, тем ниже его поляризация. Это соотношение впервые было выведено российским физиком Николаем Умовым в 1905 году.

Евгений Зубко рассказал, что ранее эффект Умова исследовался только в приложении к поверхностям - например, поверхности (реголиту) Луны и астероидов. Объяснение, которое было дано этому физическому явлению в 60-70 е годы 20 века, исключало его приложение к одиночным пылевым частицам, из которых состоит реголит. Однако учёный вместе со своей командой пришёл к выводу, что для отдельных частиц эффект Умова актуален почти в той же мере, что и для поверхностей.

Ранее исследователи заключили, что эффект Умова действует в однородном разреженном облаке частиц космической пыли. В статье, опубликованной в журнале “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, ученые пришли к выводу, что физический эффект также актуален для облаков, состоящих из смеси двух видов пылевых частиц, характерной для пылевой оболочки и хвоста кометы. Предполагается, что эффект Умова будет действителен и для трёхкомпонентной пылевой смеси, характерной для протопланетных пылевых облаков.

Изучая степень линейной поляризации, которую приобретает солнечный свет, когда рассеивается частицами кометной пыли, учёные весьма точно оценивают отражательную способность пылевых частиц (альбедо). Эта характеристика крайне важна для оценки общего количества выброшенной из кометы пыли. Последний параметр позволяет улучшить существующие методы оценки отношения объемов выброшенной из кометы пыли и газа. Это соотношение - одна из важнейших характеристик эволюционного пути кометы, которая, например, позволяет примерно понять, в какой части Солнечной системы была образована комета.

«Знание отношения объемов пыли и газа может дать нам представление о том, какие стадии эволюции прошли разные кометы, а также, что происходило в момент зарождения Солнечной системы. Но если посчитать количество газа в комете легко, то с частицами пыли всё совсем не так просто». - Рассказывает Евгений Зубко. - «Когда мы измеряем солнечный свет, отражённый от «комы», возникает вопрос, а сколько же было частиц пыли, которые его отразили. Ключевая информация, которая нужна для ответа на этот вопрос – отражательная способность этих частиц или их альбедо. Однако разные частицы ведут себя по-разному. Отличие в отражательной способности «тёмных» и «светлых» частиц кометной пыли может достигать нескольких десятков раз. Сегодня это общая проблема, возникающая и в других астрофизических задачах, например, при оценке объёма вещества в прото-планетных дисках, наблюдаемых у других звезд.

Мы сражаемся за понимание того, какова же величина этого альбедо, привлекая дополнительные методы. В частности, поляриметрию, где мы измеряем степень линейной поляризации и, таким образом, находим отражательную способность частиц кометной пыли с помощью эффекта Умова».

В этой работе очень много неизвестных. «Мы практически ищем чёрную кошку в тёмной комнате», - признаётся учёный, уточняя, что только широкое взаимодействие групп астрофизиков из разных стран способно привести к качественному прорыву в этой области исследований.

Методику анализа соотношения пыли и газа, основанную на эффекте Умова, в перспективе можно применять не только для изучения комет. Скорее, это ключ к пониманию процессов формирования и эволюции других планетных систем, а следовательно, и нашей собственной планетной системы.

Евгений Зубко также отметил, что значение эффекта Умова для науки столь же велико, как и метода спектрального анализа, разработанного в своё время Густавом Кирхгофом. Если спектральный анализ помогает нам узнать, из каких химических элементов состоят далёкие объекты по отражённому от них свету, то эффект Умова помогает оценить их размер, несмотря на то, что такие объекты видны наблюдателю как точки.