Наша Галактика

Солнце, так же как и другие 150 миллардов звёзд, входят в звёздную систему под названием Галактика. Кроме нашей Галактики, существует множество других галактик, поэтому слово «галактика» пишут с маленькой буквы, когда речь идёт о других галактиках, но с большой буквы, когда речь идёт о той Галактике, в которой мы живём. Наша Галактика имеет также своё собственное название – Млечный путь.

Млечный путь и открытие Галактики. С древних времён Млечным Путём называли белую полоску, протянувшуюся по небу. Чтобы увидеть Млечный Путь, найди на звездных картах одно из известных созвездий, через которые он проходит. Это Кассиопея, Персей, Возничий, Единорог, Паруса, Южный Крест, Скорпион, Стрелец и Лебедь - надо, чтобы перед этим твои глаза привыкли к темноте хотя бы в течение 15 минут.

Осознать связь Млечного Пути, перекинувшегося через ночной небосвод, с понятием "наш дом" довольно трудно. В век, горящий электрическими огнями, Млечный Путь для жителей городов практически недоступен. Увидеть его можно только вдали от городских огней, причем в определенное время года. Особенно красив в наших широтах он бывает в августе, когда проходит через область зенита и, словно гигантская небесная арка, возвышается над спящей Землей.

Тайна Млечного Пути не давала людям покоя на протяжении долгих веков. В мифах и легендах многих народов мира его называли Дорогой Богов, таинственным Звездным Мостом, ведущим в райские кущи, волшебной Небесной Рекой, наполненной божественным молоком. Полагают, что именно он имелся в виду, когда старинные русские сказки говорили о молочной речке с кисельными берегами. А жители древней Эллады звали его Galaxias kuklos, что означает «молочный круг». Отсюда и происходит привычное сегодня слово Галактика.

Платон называл Млечный Путь швом, соединяющим небесные полушария, Демокрит и Анаксагор говорили, что его подсвечивают звезды, а Аристотель объяснял его светящимися парами, располагающимися под Луной. Было и другое предположение, высказанное римским поэтом Марком Манилием: возможно, Млечный Путь - это сливающееся сияние маленьких звезд. Как недалек был он от истины. Но подтвердить ее, наблюдая за звездами невооруженным глазом, было невозможно.

Тайна Млечного Пути приоткрылась только в 1610 году, когда знаменитый Галилео Галилей навел на него свой первый телескоп, в который увидел «необъятное скопище звезд», для невооруженного глаза сливающихся в сплошную белую полосу. Галилей был поражен, он понял, что неоднородность, даже клочковатость строения белой полосы объясняется тем, что она состоит из множества звездных скоплений и темных облаков. Их комбинация и создает неповторимый образ Млечного Пути. Однако почему неяркие звезды концентрируются в узкую полосу, понять на тот момент было невозможно.

Большинство небесных тел объединяются в различные вращающиеся системы. Так, Луна обращается вокруг Земли, спутники планет-гигантов образуют свои, богатые телами, системы. На более высоком уровне, Земля и остальные планеты обращаются вокруг Солнца. Возникал естественный вопрос: не входит ли и Солнце в систему ещё большего размера?

Первое систематическое исследование этого вопроса выполнил в XVIII веке английский астроном Уильям Гершель. Он подсчитывал количество звёзд в разных областях неба и обнаружил, что на небе присутствует большой круг (впоследствии он был назван галактическим экватором), который делит небо на две равные части и на котором количество звёзд оказывается наибольшим. Кроме того, звёзд оказывается тем больше, чем ближе участок неба расположен к этому кругу. Наконец обнаружилось, что именно на этом круге располагается Млечный Путь. Благодаря этому Гершель догадался, что все наблюдаемые нами звёзды образуют гигантскую звёздную систему, которая сплюснута к галактическому экватору.

Вначале предполагалось, что все объекты Вселенной являются частями нашей Галактики, хотя ещё Кант высказывал предположение, что некоторые туманности могут быть галактиками, подобными Млечному Пути. Ещё в 1920 году вопрос о существовании внегалактических объектов вызывал дебаты (например, известный Большой спор между Харлоу Шепли и Гебером Кёртисом; первый отстаивал единственность нашей Галактики). Гипотеза Канта была окончательно доказана лишь в 1920-х годах, когда Эдвину Хабблу удалось измерить расстояние до некоторых спиральных туманностей и показать, что по своему удалению они не могут входить в состав Галактики.

Устройство Галактики. Млечный Путь представляет собой галактику, состоящую из большого плоского - основного - тела в форме диска диаметром, превышающим расстояние в 100 000 световых лет. Сам диск Млечного Пути "относительно тонкий" – толщиной несколько тысяч световых лет. Внутри диска расположена бoльшая часть звёзд. По своему строению диск не является сплошным – в нём выделяются так называемые «спиральные рукава» нашей Галактики, зоны высокой плотности, где из облаков межзвездных пыли и газа образуются новые звезды.

В центральной части диска Млечного Пути находится галактическое ядро. Ядро состоит из миллиардов старых звезд. Сама же центральная часть ядра представляет собой очень массивную область диаметром всего в несколько световых лет, внутри которой, по последним данным астрономических исследований, находится сверхмассивная черная дыра, возможно даже несколько чёрных дыр, массами около 3 миллионов Солнц.

Вокруг диска Галактики находится сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики (Большое и Малое Магеллановы облака и др.), шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд и горячий газ. Некоторые из отдельных групп звезд взаимодействуют с шаровыми скоплениями и карликовыми галактиками. Существует гипотеза, вытекающая из анализа структуры гало и траекторий движения звездных скоплений, что шаровые скопления, как и сама галактическая корона могут являться остатками бывших галактик-спутников, поглощенных нашей Галактикой в результате произошедших ранее взаимодействий и столкновений.

На окраинах Галактики обнаружены плотные области газа размерами несколько тысяч световых лет, температурой 10000 градусов и массой 10 миллионов Солнц.

Более пятой части Вселенной скрыто от нашего взгляда пылью и звездами из диска нашей Галактики - Млечного Пути. Из 200 миллиардов звёзд Млечного Пути по этой же причине доступно наблюдению только около 2 миллиардов.

Центр Галактики. Учёные давно предполагали, что в центре нашей Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра. Однако лишь к 2003 году были получены убедительные доказательства. Вообще, в центре нашей Галактики обнаружено немало переменных рентгеновских источников, которые, возможно, являются более мелкими чёрными дырами, группирующимися вокруг центральной сверхмассивной. Ещё одно подтверждение наличия сверхмассивной чёрной дыры в центре ядра нашей Галактики дало исследование движения звёзд, находящихся в непосредственной близости от ядра. Так, в инфракрасном диапазоне астрономам удалось проследить орбиты восьми звёзд высокой светимости, расположенных близ галактического центра. Их орбитальные скорости оказались очень большими. У одной из этих звёзд период обращения составляет всего 15 лет. В 1999 году другая звезда промчалась со скоростью 9 тыс. км/с на расстоянии всего лишь 6о а.е. от центрального объекта Галактики. Орбиты всех восьми прослеженных звёзд — эллиптические, параметры их найдены, а значит, оказалось возможным вычислить массу центрального объекта по третьему закону Кеплера. Она составляет около 3 млн. масс Солнца. Не чем иным, кроме как чёрной дырой, такой объект являться не может.

Теперь однозначно определено наблюдениями и подтверждено расчетами, что ближайшие к центру Галактики звёзды постепенно затягиваются в чёрную дыру её непреодолимой гравитацией и обречены на гибель.

Следует заметить, что чёрная дыра в центре нашей Галактики — довольно скромное по массе образование для подобных объектов и очень спокойное по сравнению с активными ядрами некоторых галактик. Нет сомнений, что в прошлом, когда в центре молодой ещё Галактики было гораздо больше диффузной материи, её «центральный монстр» вел себя гораздо активнее.

Поняв, что мы находимся на периферии Галактики, ученые заинтересовались ее центром. Ожидалось, что у нее, как и у других звездных островов, есть ядро, из которого выходят спиральные ветви. Именно их мы видим, как светлую полосу Млечного Пути, но - видим изнутри, с ребра. Эти спиральные ветви, проецируясь друг на друга, не позволяют понять, сколько их и как они устроены. Более того, ядра других галактик ярко сияют. Но почему же этого сияния не видно в нашей Галактике, возможно ли то, что у нее нет ядра? Разгадка пришла опять-таки благодаря наблюдениям за другими. Ученые обратили внимание, что в спиральных туманностях, к типу которых относили и нашу Галактику, бывает отчетливо видна темная прослойка. Это есть не что иное, как скопление межзвездных газа и пыли. Они-то и позволили ответить на вопрос - почему мы не видим собственного ядра: наша Солнечная система расположена как раз в такой точке Галактики, что гигантские темные облака загораживают ядро для земного наблюдателя. Теперь можно ответить и на вопрос: почему Млечный Путь раздваивается на два рукава? Как оказалось, его центральную часть заслоняют мощные пылевые облака. В действительности, за пылью находятся миллиарды звезд, в том числе и центр нашей Галактики.

Исследования также показали, что если бы пылевое облако не мешало нам, земляне наблюдали бы грандиозное зрелище: гигантский сияющий эллипсоид ядра с бесчисленным количеством звезд занимал бы в небе площадь более ста лун. Увидеть ядро Галактики за этим пылевым облаком помогли телескопы, работающие в таких диапазонах спектра электромагнитных излучений, которым пылевой щит не помеха. Но большинство из этих излучений задерживается атмосферой Земли, поэтому на сегодняшнем этапе существенную роль в познании Галактики играют космонавтика и радиоастрономия. Оказалось, что центр Млечного Пути хорошо светится в радиодиапазоне. Особенно заинтересовал ученых так называемый радиоисточник Стрелец А - некий объект в Галактике, активно излучающий радиоволны и рентгеновские лучи. Сегодня можно считать фактически доказанным, что в созвездии Стрельца расположен таинственный космический объект - сверхмассивная черная дыра. По оценкам, масса ее может равняться массе 3 миллионов солнц. Этот объект чудовищной плотности имеет столь мощное гравитационное поле, что из него не может вырваться даже свет.

Естественно, сама черная дыра не светится ни в каком диапазоне, но падающее на нее вещество излучает рентгеновские лучи и позволяет обнаружить местонахождение космического «чудовища». Правда, излучение Стрельца А слабее, чем то, что обнаружено в ядрах других галактик. Возможно, это связано с тем, что падение вещества осуществляется неинтенсивно, но когда оно происходит, фиксируется вспышка рентгеновского излучения. Один раз яркость объекта Стрелец А увеличилась буквально за минуты - подобное невозможно для крупного образования. Значит, этот объект компактный и им может являться только черная дыра. Кстати, чтобы превратить Землю в черную дыру, ее нужно сжать до размера спичечного коробка.

Вообще, в центре нашей Галактики обнаружено немало переменных рентгеновских источников, которые, возможно, являются более мелкими черными дырами, группирующимися вокруг центральной сверхмассивной. Именно за ними сегодня наблюдает американская космическая рентгеновская обсерватория «Чандра».

Еще одно подтверждение наличия сверхмассивной черной дыры в центре ядра нашей Галактики дало исследование движения звезд, находящихся в непосредственной близости от ядра. Так, в инфракрасном диапазоне астрономам удалось пронаблюдать движение звезды, проскочившей от центра ядра на ничтожном по галактическим масштабам расстоянии: всего в три раза превышающем радиус орбиты Плутона. Параметры орбиты движения этой звезды говорят о том, что она находится вблизи компактного невидимого объекта, обладающего чудовищным полем тяготения. Таким может быть только черная дыра, причем сверхмассивная. Ее исследования продолжаются.

Положение Солнца в Галактике. Наше Солнце находится почти на диске, на расстоянии около 28 000 световых лет от центра Галактики. Иными словами, оно находится на периферии, на расстоянии почти 2/3 галактического радиуса от центра, что составляет расстояние порядка 8 кпк от центра нашей Галактики.

Солнце вращается вокруг ядра галактики (точнее, вокруг общего центра масс всех звёзд, образующих Галактику). Чтобы совершить полный оборот, Солнцу требуется около 250 миллионов лет (по некоторым данным 220 миллионов лет), которые составляют галактический год (скорость движения Солнца – 220 км/с, то есть почти 800 000 км/ч!). Каждые 33 миллиона лет Солнце пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору. На совершение полного оборота Солнцу требуется, как уже было сказано, около 250 миллионов лет.

Так как мы находимся внутри Галактики и смотрим на неё изнутри, её диск оказывается видимым на небесной сфере как полоса звёзд (это и есть Млечный Путь), и поэтому с Земли трудно определить реальную трехмерную пространственную структуру Млечного пути.

Млечный Путь относится к той разновидности галактик, которые называют спиральные галактики. Как уже сказано, он состоит из основного тела в форме плоского диска диаметром более 100 000 световых лет, внутри которого находится большая часть звезд. У диска некомпактное строение, и очевидна его неровная структура, начинающаяся из ядра и распространяющаяся к периферии Галактики. Это спиральные ветви областей наибольшей плотности материи, т.н. спиральные рукава, в которых идёт процесс образования новых звёзд, начинающийся в межзвездных газопылевых облаках.

Не следует упрощённо думать, что светящиеся спиральные рукава Галактики - это места, где звёзды есть, а тёмные области - это места, где звёзд нет. В действительности, звёзды распространены по Галактике относительно равномерно, но спиральные рукава - это области звездообразования, т.е. участки, где звёзды более яркие, и поэтому видны издалека. Иначе спиральные рукава не могли бы долгое время сохранять свою форму, т.к. разные области Галактики вращаются вокруг центра масс с разными скоростями в зависимости от расстояния от центрап Галактики. Как писал итальянский астрофизик Марио Ливио, "Спиральная структура, привязанная к одному и тому же скоплению звёзд и галактик, неизбежно нарушилась бы, а наблюдениями это не подтсверждается. Долголетие спиральных рукавов объясняется волнами плотности - волнами сжатия газа, проходящими по галактическому диску, - которые по сути сжимают газовые облака и способствуют зарождению новых звёзд. Спиральный узор, котоырй мы наблюдаем, это попросту проявление тех областей диска, где плотность выше средней и много нвоых звёзд. Поэтому узор постоянно воссоздаётся и не нарушается. Подобное же положение дел мы наблюдаем поблизости от огороженного участка дорожных работ на крупном шоссе. Плотность машин поблизости от закрытого участка выше, потому что водители вынуждены притормаживать. если сделать фотографию шоссе с птичего полётса с большой выдержкой, можно зафиксировать плотность пробки поблизости от емста ремонта. Волна плотности машин не связана с каким-то конкретным набором автомобилей, точно так же как и спиральный узор не связан с тем или иным "куском" материала диска"

В 50-х годах прошлого века ученым удалось составить картину распределения облаков ионизированного водорода, находящихся в галактической окрестности Солнца. Выяснилось, что существуют по крайней мере три участка, которые можно было бы отождествить со спиральными рукавами Млечного Пути. Один из них, ближайший к нам, ученые назвали рукавом Ориона-Лебедя. Более далекий от нас и, соответственно, близкий к центру Галактики назван рукавом Стрельца-Киля, а периферийный-рукавом Персея. Но исследуемая галактическая окрестность ограничена: межзвездная пыль поглощает свет далеких звезд и водорода, так что понять дальнейший рисунок спиральных ветвей становится невозможным.

Изучение Галактики в ХХ веке. Однако там, где не может помочь астрономия оптическая, приходят на помощь радиотелескопы. Известно, что атомы водорода излучают на длине волны 21 см. Именно это излучение и стал ловить голландский астрофизик Ян Оорт. Картина, полученная им в 1954 году, впечатляла. Спиральные ветви Млечного Пути можно было теперь проследить на огромных расстояниях. Сомнений больше не было: Млечный Путь представляетсобой спиральную звездную систему, похожую на тyманность Андромеды. Только вот детальной картины спирального узора Млечного Пути мы пока не имеем: его ветви сливаются одна с другой и определить расстояние до них очень трудно. На сегодняшний день известно, что наша Галактика - это гигантская звездная система, включающая сотни миллиардов звезд. Все звезды, которые мы видим над головой в ясную ночь, принадлежат нашей Галактике. Если бы мы могли переместиться в пространстве и взглянуть на Млечный Путь со стороны, нашему взору предстал бы звездный город в виде огромной летающей тарелки поперечником в 100 тысяч световых лет. В ее центре мы бы увидели заметное утолщение - бар - диаметром 20 тысяч световых лет, от которого в пространство уходят исполинские спиральные ветви.

Несмотря на то что внешний вид Галактики говорит о плоской системе, это не совсем так. Вокруг нее простирается так называемое гало, облако разреженного вещества. Его радиус достигает 150 тысяч световых лет. Вокруг центрального утолщения и яда находится множество шаровых звездных скоплений, состоящих из старых холодных красных звезд. Харлоу Шепли называл их «скелетом тела» нашей Галактики. Холодные звезды составляют так называемую сферическую подсистему Млечного Пути, а его плоскую подсистему, иначе - спиральные рукава - составляет «звездная молодежь». Здесь немало ярких, выделяющихся звезд высокой светимости.

Молодые звезды в плоскости Галактики появляются благодаря наличию там огромного количества пыли и газа. Известно, что звезды рождаются за счет сжатия вещества в газопылевых облаках. Потом, в течение миллионов лет, новорожденные звезды «раздувают» эти облака и становятся видимыми. Земля и Солнце не являются геометрическим центром Мира - они расположены в одном из тихих закоулков нашей Галактики. И, по всей видимости, это особое местоположение идеально подходит для возникновения и развития жизни.