Космос, который мы стараемся изучить, представляет собой огромное и бескрайнее пространство, в котором существуют десятки, сотни, тысячи триллионов звезд, объединенные в определенные группы. Наша Земля не живет сама по себе. Мы входим в состав солнечной системы, которая является маленькой частицей и входит в состав Млечного Пути — более крупного космического образования.
Наша Земля, как и другие планеты Млечного Пути, наша звезда по имени Солнце, как и другие звезды Млечного Пути, двигаются во Вселенной в определенном порядке и занимают отведенные места. Постараемся подробнее разобраться, каково строение Млечного Пути, и каковы основные особенности нашей галактики?
Наша галактика имеет свою историю, как и другие области космического пространства, и является продуктом катастрофы вселенского масштаба. Основная теория происхождения Вселенной, которая сегодня доминирует в научном сообществе – Большой Взрыв. Модель, которая прекрасно характеризует теорию Большого Взрыва — цепная ядерная реакция на микроскопическом уровне. Изначально существовала какая-то субстанция, которая в силу определенных причин в одно мгновение пришла в движение и взорвалась. Об условиях, приведших к началу взрывной реакции, говорить не стоит. Это далеко от нашего понимания. Сейчас образовавшаяся 15 млрд. лет назад в результате катаклизма Вселенная представляет собой огромный, бескрайний полигон.
Первичные продукты взрыва сначала представляли скопления и облака газа. В дальнейшем под воздействием гравитационных сил и других физических процессов произошло образование более крупных объектов вселенского масштаба. Все произошло очень быстро по космическим меркам, в течение миллиардов лет. Сначала было формирование звезд, которые сформировали скопления и позже объединились в галактики, точное количество которых неизвестно. По своему составу галактическое вещество – это атомы водорода и гелия в компании других элементов, которые являются строительным материалом для образования звезд и других космических объектов.
Сказать точно, в каком месте Вселенной находится Млечный Путь, не представляется возможным, так как точно неизвестен центр мироздания.
Ввиду схожести процессов, сформировавших Вселенную, наша галактика очень похожа по своей структуре на многие другие. По своему типу это типичная спиральная галактика, тип объектов, который распространен во Вселенной в огромном множестве. По своим размерам галактика находится в золотой середине — не маленькая и не огромная. Меньших соседей по звездному дому у нашей галактики гораздо больше, чем тех, кто обладает колоссальными размерами.
Одинаков и возраст всех галактик, которые существуют в космическом пространстве. Наша галактика практически ровесница Вселенной и имеет возраст 14,5 млрд. лет. За этот громадный промежуток времени неоднократно менялась структура Млечного Пути, происходит это и сегодня, только незаметно, в сравнении с темпами земной жизни.
Любопытна история с названием нашей галактики. Ученые считают, что название Млечный Путь легендарно. Это попытка связать расположение звезд на нашем небосклоне с древнегреческим мифом об отце богов Кроносе, который пожирал собственных детей. Последний ребенок, которого ожидала такая же печальная участь, оказался худым и был отдан кормилице на откорм. Во время кормления брызги молока упали на небо, тем самым создав молочную дорожку. Впоследствии ученые и астрономы всех времен и народов сходились во мнении, что наша галактика действительно очень похожа на молочную дорогу.
В настоящее время Млечный Путь пребывает в середине своего цикла развития. Другими словами, космический газ и вещество для формирования новых звезд подходят к концу. Существующие при этом звезды еще достаточно молоды. Как и в истории с Солнцем, которая возможно через 6-7 млрд. лет превратиться в Красный Гигант, наши потомки будут наблюдать трансформацию других звезд и всей галактики в целом в красную последовательность.
Прекратить свое существование наша галактика может и в результате очередного вселенского катаклизма. Темы исследований последних лет ориентируются на предстоящую в далеком будущем встречу Млечного Пути с ближайшей нашей соседкой — галактикой Андромеда. Вероятно, Млечный Путь после встречи с галактикой Андромеды распадется на несколько маленьких галактик. В любом случае это станет поводом для появления новых звезд и переустройства ближайшего к нам космоса. Остается только предполагать, какая судьба Вселенной и нашей галактики в далеком будущем.
Для того чтобы представить, как выглядит Млечный Путь в масштабах космоса, достаточно взглянуть на саму Вселенную и сравнить отдельные ее части. Наша галактика входит в подгруппу, которая в свою очередь является частью Местной группы, более крупного образования. Здесь наш космический мегаполис соседствует с галактиками Андромеда и Треугольника. Окружение троице составляют более 40 мелких галактик. Местная группа уже входит в состав еще более крупного образования и является частью сверхскопления Девы. Некоторые утверждают, что это только приблизительные предположения о том, где находится наша галактика. Масштабы образований настолько огромны, что все это представить практически невозможно. Сегодня мы знаем расстояние до ближайших соседствующих галактик. Другие объекты глубокого космоса находятся за пределами видимости. Только теоретически и математически допускается их существование.
Местоположение галактики стало известно только благодаря приблизительным расчетам, определившим расстояние до ближайших соседей. Спутниками Млечного Пути являются карликовые галактики – Малое и Большое Магелланово Облако. Всего, по мнению ученых, насчитывается до 14 галактик-спутников, которые составляют эскорт вселенской колесницы под названием Млечный Путь.
Что касается обозримого мира, то сегодня имеется достаточно информации о том, как выглядит наша галактика. Существующая модель, а вместе с ней и карта Млечного Пути, составлена на основании математических расчетов, данных полученных в результате астрофизических наблюдений. Каждое космическое тело или фрагмент галактики занимает свое место. Это, как и во Вселенной, только в меньшем масштабе. Интересны астрофизические параметры нашего космического мегаполиса, а они впечатляют.
Наша галактика спирального типа с перемычкой, которую на звездных картах обозначают индексом SBbc. Диаметр галактического диска Млечного Пути составляет порядка 50-90 тысяч световых лет или 30 тысяч парсек. Для сравнения радиус галактики Андромеды равен 110 тыс. световых лет в масштабах Вселенной. Можно только представить насколько больше Млечного Пути наша соседка. Размеры же ближайших к Млечному Пути карликовых галактик в десятки раз меньше параметров нашей галактики. Магеллановы облака имеют диаметр всего 7-10 тыс. световых лет. В этом огромном звездном круговороте насчитывается порядка 200-400 миллиардов звезд. Эти звезды собраны в скопления и туманности. Значительная ее часть – это рукава Млечного Пути, в одном из которых находится наша солнечная система.
Все остальное — это темная материя, облака космического газа и пузыри, которые заполняют межзвездное пространство. Чем ближе к центру галактики, тем больше звезд, тем теснее становится космическое пространство. Наше Солнце располагается в области космоса, состоящем из более мелких космических объектов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.
Масса Млечного Пути составляет 6х1042 кг, что в триллионы раз больше массы нашего Солнца. Практически все звезды, населяющие нашу звездную страну, расположены в плоскости одного диска, толщина которого составляет по разным оценкам 1000 световых лет. Узнать точную массу нашей галактики не представляется возможным, так как большая часть видимого спектра звезд, скрыта от нас рукавами Млечного Пути. К тому же неизвестна масса темной материи, которая занимает огромные межзвездные пространства.
Расстояние от Солнца до центра нашей галактики составляет 27 тыс. световых лет. Находясь на относительной периферии, Солнце стремительно движется вокруг центра галактики, совершая полный оборот за 240 млн. лет.
Центр галактики имеет диаметр 1000 парсек и состоит из ядра с интересной последовательностью. Центр ядра имеет форму выпуклости, в которой сосредоточены крупнейшие звезды и скопление раскаленных газов. Именно эта область выделяет огромное количество энергии, которая по совокупности больше, чем излучают миллиарды звезд, входящие в состав галактики. Эта часть ядра самая активная и самая яркая часть галактики. По краям ядра имеется перемычка, которая является началом рукавов нашей галактики. Такой мостик возникает в результате колоссальной силы гравитации, вызванной стремительной скоростью вращения самой галактики.
Рассматривая центральную часть галактики, парадоксальным выглядит следующий факт. Ученые долгое время не могли понять, что находится в центре Млечного Пути. Оказывается, в самом центре звездной страны под названием Млечный Путь устроилась сверхмассивная черная дыра, диаметр которой составляет порядка 140 км. Именно туда и уходит большая часть энергии, выделяемой ядром галактики, именно в этой бездонной бездне растворяются и умирают звезды. Присутствие черной дыры в центре Млечного Пути свидетельствует о том, что все процессы образования во Вселенной, должны когда-то закончиться. Материя превратится в антиматерию и все повторится снова. Как будет себя вести это чудовище через миллионы и миллиарды лет, черная бездна молчит, что указывает на то, что процессы поглощения материи только набирают силу.
От центра отходят два главных рукава галактики — Щит Кентавра и Персея. Названия эти структурные образования получили по расположеным на небе созвездиям. В дополнение к главным рукавам галактику опоясывают еще 5 малых рукавов.
Рожденные ядром Млечного Пути рукава раскручиваются по спирали, заполняя звездами и космическими материалом космическое пространство. Здесь уместна аналогия с космическими телами, которые вращаются вокруг Солнца в нашей звездной системе. Огромная масса звезд, больших и малых, скоплений и туманностей, космических объектов разной величины и природы, вертится на гигантской карусели. Все они создают чудесную картину звездного неба, на которое человек глядит уже не одну тысячу лет. Изучая нашу галактику, следует знать, что звезды в галактике живут по своим законам, находясь сегодня в одном из рукавов галактики, завтра они начнут путь в другую сторону, покидая один рукав и перелетая в другой.
Земля в галактике Млечный Путь — далеко не единственная планета, пригодная для жизни. Это всего лишь частица пыли, размером с атом, которая затерялась в огромном звездном мире нашей галактики. Таких планет, похожих на Землю, в галактике может быть огромное количество. Достаточно представить количество звезд, которые так или иначе имеют свои звездные планетарные системы. Другая жизнь может быть далеко, на самом краю галактики, в десятках тысяч световых лет или, наоборот, присутствовать в соседних областях, которые скрыты от нас рукавами Млечного Пути.
Наука
У каждого человека свое представление о том, что же такое дом. Для некоторых это крыша над головой, для других дом - это планета Земля , каменистый шарик, который бороздит космическое пространство по своему замкнутому пути вокруг Солнца.
Какой бы большой не казалась нам наша планета, она - всего лишь песчинка в гигантской звездной системе, размеры которой сложно себе представить. Эта звездная система - галактика Млечный путь, которую также по праву можно назвать нашим родным домом.
Млечный путь - спиральная галактика с перемычкой, которая проходит по центру спирали. Примерно две трети всех известных галактик - спиральные, а две трети из них имеют перемычку. То есть Млечный путь входит в список самых распространенных галактик .
Спиральные галактики имеют рукава, которые простираются из центра, как колесные спицы, которые скручиваются по спирали. Наша Солнечная система расположена в центральной части одного из рукавов, который называется рукав Ориона .
Рукав Ориона когда-то считался небольшим "отростком" более крупных рукавов, таких как рукав Персея или рукав Щита-Центавра . Не так давно появилось предположение, что рукав Ориона действительно является ответвлением рукава Персея и не выходит из центра галактики.
Проблема заключается в том, что мы не можем увидеть нашу галактику со стороны. Мы можем наблюдать только те вещи, которые находятся вокруг нас, и судить о том, какую же форму имеет галактика, находясь как бы внутри нее. Однако ученым удалось вычислить, что этот рукав имеет длину примерно 11 тысяч световых лет и толщину 3500 световых лет .
Анимация, представленная ниже, демонстрирует реальное движение звезд вокруг черной дыры с 1997 по 2011 годы в районе одного кубического парсека в центре нашей галактики. Когда звезды приближаются к черной дыре, они делают петлю вокруг нее на невероятной скорости. Например, одна из этих звезд, S 0-2 движется со скоростью 18 миллионов километров в час: черная дыра вначале притягивает ее, а затем резко отталкивает .
Совсем недавно ученые наблюдали, как облако газа приблизилось к черной дыре и было разорвано на куски
ее массивным гравитационным полем. Части этого облака были поглощены дырой, а оставшиеся части стали напоминать длинные тонкие макаронины длиной более 160 миллиардов километров.
Кроме наличия сверхмассивной всепоглощающей черной дыры, центр нашей галактики может похвастаться невероятной активностью : старые звезды умирают, а новые появляются на свет с завидным постоянством.
Не так давно ученые заметили кое-что еще в галактическом центре - поток высокоэнергичных частиц, которые простираются на расстояние 15 тысяч парсек через галактику. Это расстояние равно примерно половине диаметра Млечного пути.
Частицы невидимы невооруженным глазом, однако с помощью магнитного изображения можно заметить, что гейзеры из частиц занимают около двух третей видимой части неба :
Что же стоит за этим феноменом? Один миллион лет звезды появлялись и исчезали, питая никогда не останавливающийся поток , направленный к внешним рукавам галактики. Общий объем энергии гейзера в миллион раз превышает энергию сверхновой.
Частицы движутся с невероятной скоростью. На основе структуры потока частиц астрономы построили модель магнитного поля , которое господствует в нашей галактике.
Как часто в нашей галактике образуются новые звезды? Этим вопросом исследователи задавались долгие годы. Удалось нанести на карту районы нашей галактики, где присутствует алюминий-26 , изотоп алюминия, который появляется в том месте, где рождаются или умирают звезды. Таким образом, удалось выяснить, что ежегодно в галактике Млечный путь рождается 7 новых звезд и примерно два раза за сто лет крупная звезда взрывается, образуя сверхновую.
Галактика Млечный путь не является производителем самого большого количества звезд. Когда звезда умирает, она выделяет в космос такое сырье, как водород и гелий . Через сотни тысяч лет эти частицы соединяются в молекулярные облака, которые в конечном итоге становятся настолько плотными, что их центр разрушается под их собственной гравитацией, образуя таким образом новую звезду.
Это похоже на своеобразную эко-систему: смерть питает новую жизнь
. Частицы какой-то определенной звезды в будущем будут частью миллиарда новых звезд. В нашей галактике дела обстоят именно так, поэтому она эволюционирует. Это ведет к образованию новых условий, при которых повышается вероятность возникновения планет, похожих на Землю.
Несмотря на постоянную смерть и рождение новых звезд в нашей галактике, их количество подсчитано: Млечный путь является домом примерно для 100 миллиардов звезд . Основываясь на новых исследованиях, ученые предполагают, что вокруг каждой звезды вращается, по крайней мере, одна планета или более. То есть всего в нашем уголке Вселенной имеется от 100 до 200 миллиардов планет.
Ученые, которые пришли к такому выводу, изучали звезды типа красные карлики спектрального класса М . Эти звезды меньше нашего Солнца. Они составляют 75 процентов из всех звезд Млечного пути. В частности, исследователи обратили внимание на звезду Kepler -32, которая приютила пять планет .
Как астрономы открывают новые планеты?Планеты, в отличие от звезд, трудно обнаружить, так как они не излучают свой собственный свет. Мы можем с уверенностью сказать, что вокруг звезды имеется планета, только тогда, когда она становится перед своей звездой и заслоняет ее свет.
Планеты звезды Kepler -32 ведут себя точно так же, как экзопланеты, вращающиеся вокруг других карликовых звезд M . Они расположены примерно на одном расстоянии и имеют похожие размеры. То есть система Kepler -32 является типичной системой для нашей галактики .
Если в нашей галактике имеется более 100 миллиардов планет, сколько же из них планет, похожих на Землю ? Оказывается, не так уж и много. Существуют десятки различных типов планет: газовые гиганты, планеты-пульсары, бурые карлики и планеты, на которых с неба падает дождь из расплавленного металла. Те планеты, которые состоят из каменных пород, могут располагаться слишком далеко или слишком близко к звезде, поэтому на Землю они вряд ли похожи.
Результаты последних исследований показали, что в нашей галактике, оказывается, больше планет земного типа, чем предполагалось раннее, а именно: от 11 до 40 миллиардов . Ученые взяли в качестве примера 42 тысячи звезд , похожих на наше Солнце, и стали искать экзопланеты, которые могут вращаться вокруг них в зоне, где не слишком жарко и не слишком холодно. Было обнаружено 603 экзопланеты , средикоторых 10 соответствовали критериям поиска.
Анализируя данные о звездах, ученые доказали существование миллиардов похожих на Землю планет, которые им только предстоит официально открыть. Теоретически эти планеты способны поддерживать температуру для существования на них жидкой воды , которая, в свою очередь, позволит возникнуть жизни.
Даже если в галактике Млечный путь будут постоянно образовываться новые звезды, она не сможет увеличиться в размерах, если не будет получать новый материал откуда-то еще . А Млечный путь действительно расширяется.
Ранее мы не были точно уверены, как именно галактике удается расти, но недавние открытия позволили предположить, что Млечный путь является галактикой-каннибалом , то есть в прошлом она поглощала другие галактики и, вероятно, будет делать это снова, по крайней мере, до тех пор, пока какая-нибудь более крупная галактика не поглотит ее.
Используя космический телескоп "Хаббл" и информацию, полученную благодаря сделанным на протяжении семи лет фото, ученые обнаружили звезды у внешнего края Млечного пути, которые движутся особым образом . Вместо того чтобы двигаться к центру или от центра галактики, как другие звезды, они как бы дрейфуют у края. Предполагается, что это звездноескопление - все, что осталось от другой галактики, которая была поглощена галактикой Млечный путь.
Это столкновение, по-видимому, произошло несколько миллиардов лет назад
и, скорее всего, оно не последнее. Учитывая ту скорость, с которой мы движемся, наша галактика через 4,5 миллиарда лет
столкнется с галактикой Андромеда.
Хотя Млечный путь является спиральной галактикой, он представляет собой не совсем идеальную спираль. В его центре имеется своеобразная выпуклость , которая появилась в результате того, что молекулы газообразного водорода вырываются из плоского диска спирали.
В течение долгих лет астрономы ломали голову над тем, почему у галактики имеется такая выпуклость. Логично предположить, что газ втягивается в сам диск, а не вырывается наружу. Чем дольше они изучали этот вопрос, тем больше запутывались: молекулы выпуклости не только выталкиваются наружу, но и вибрируют на своей собственной частоте .
Что же может вызывать такой эффект? Сегодня ученые считают, что всему виной темная материя и галактики-спутники - Магеллановы Облака . Эти две галактики очень мелкие: вместе взятые они составляют всего 2 процента от общей массы Млечного пути. Этого не достаточно, чтобы иметь на него влияние.
Однако когда темная материя движется через Облака, она создает волны, которые, очевидно, влияют на гравитационное притяжение, усиливая его, а водород под действием этого притяжения улетучивается из центра галактики .
Магеллановы Облакавращаются вокруг Млечного пути. Спиральные рукава Млечного пути под влиянием этих галактик как бы колышутся в том месте, где они проплывают.
Хотя галактику Млечный путь можно назвать уникальной по многим параметрам, она не является большой редкостью. Во Вселенной спиральные галактики преобладают. Учитывая то, что только в поле нашего зрения находятся около 170 миллиардов галактик , можно предположить, что где-то имеются галактики очень похожие на нашу.
А что если где-то существует галактика - точная копия Млечного пути? В 2012 году астрономы обнаружили такую галактику. У нее даже есть два небольших спутника, которые вращаются вокруг нее и точно соответствуют нашим Магеллановым Облакам. Кстати, всего 3 процента
спиральных галактик имеют подобных компаньонов, век которых относительно недолог. Магеллановы Облака, скорее всего,растворятся через пару миллиардов лет
.
Обнаружить настолько похожую галактику, имеющую спутники, супермассивную черную дыру в центре и такие же размеры - невероятная удача. Эта галактика получила название NGC
1073
и она настолько похожа на Млечный путь, что астрономы изучают ее, чтобы больше узнать о нашей собственной галактике.
Например, мы можем увидеть ее со стороны и таким образом лучше представить себе, как выглядит Млечный путь.
На Земле год - это время, за которое Земля успевает сделать полный оборот вокруг Солнца . Каждые 365 дней мы возвращаемся в одну и ту же точку. Наша Солнечная система таким же образом вращается вокруг черной дыры, расположенной в центре галактики. Однако полный оборот она делает за 250 миллионов лет . То есть, с тех пор, как исчезли динозавры, мы сделали всего четверть полного оборота.
В описаниях Солнечной системы редко упоминается о том, что она движется в космическом пространстве, как и все в нашем мире. Относительно центра Млечного пути Солнечная система движется со скоростью 792 тысячи километров в час . Для сравнения: если бы вы двигались с такой же скоростью, то смогли бы совершить кругосветное путешествие за 3 минуты .
Период времени, за который Солнце успевает сделать полный оборот вокруг центра Млечного пути, называется галактический год. Подсчитано, что Солнце пока прожило всего 18 галактических лет.
Млечный Путь — это наша домашняя галактика, семья из 100 миллиардов звезд. Их свет образует бледную дорожку в ночном небе; различные ее части видны в любом месте Земли. В нашей Галактике есть спиральные рукава, звезды, газ и пыль. Возможно, что в ее центре находится гигантская черная дыра. Диск Галактики окружен обширным облаком — гало — из невидимого вещества.
Что же в действительности представляет собой Млечный Путь? Здесь находится 100 миллиардов звезд расположенных в виде тонкого диска со спиральными рукавами. Поскольку мы живем внутри Галактики, ее форму трудно представить себе непосредственно. Наблюдая на кебе Млечный Путь, мы смотрим в направлении, лежащем в плоскости диска.
Как следует разглядеть Млечный Путь мешают облака гаги и ныли. Они проницаемы для радиоволн, и радиоастрономы установили, что Галактика — это большая спираль, а Солнце расположено и ней на расстоянии 25 000 световых лет от центра. Диаметр основной части диска, состоящего из звезд, достигает 100 000 снеговых лет, но его толщина гораздо меньше. В той части, где расположено Солнце, она не превышает нескольких сотен снеговых лет.
В центре внутренней части диска имеется утолщение, сфера из звезд толщиной около 3000 световых лет. В этой области звезды упакованы гораздо плотнее, чем в диске. Спиральный диск вместе со своим центральным утолщением находится внутри обширного гало — облака вещества, простирающегося на 150 000 световых лет от центра.
Внутри диска
Диск Галактики напоминает тонкий блин. В нем есть четыре спиральных ветви — рукава, содержащих газ, пыль и молодые звезды. Наше Солнце находится в Орионовом рукаве — это ветвь, включающая туманность Ориона и туманность Северная Америка. Между Солнцем и центральным утолщением находится рукав Стрельца — Киля, длиной около 75 000 световых лет.
Галактика вращается. Внутренние се части проходят по своим орбитам намного быстрее, чем внешние. Та же картина наблюдается и в Солнечной системе, где Меркурий обходит вокруг Солнца за 88 дней, а Плутон — за 243 года. Галактическое путешествие нашего Солнца занимает около 200 миллионов лет. Возраст Солнца — около 25 галактических лет, так как оно успело 25 раз обойти вокруг Галактики.
Поскольку области, расположенные ближе к центру Галактики, вращаются по своим орбитам быстрее, возникает вопрос, почему спиральные рукава не намотались сотни раз друг па друга в этом космическом водовороте. Ответ таков: спиральные ветви — :>то «волны плотности», транспортные пробки па космическом шоссе, где заторы всегда образуются на одних и тех же местах, хотя каждый «автомобиль» (каждая звезда Млечного Пути) в конце концов проезжает дальше.
Когда звезды и газ, совершая свое орбитальное движение вокруг Галактики, приближаются к спиральному рукаву, они врезаются в медленно движущееся вещество рукава. В таких зонах взаимодействия могут рождаться новые звезды. Как только газ и пыль сбиваются в плотное образование, сжатые облака схлопываются под действием сил тяготения и создают новые звезды. При наблюдении других спиральных галактик можно увидеть в их спиральных рукавах молодые звезды и яркие излучающие туманности. В этих рукавах расположены открытые скопления, целые семьи самых юных звезд.
Звезды-беглецы
Большинство звезд в окрестностях Солнца движется по галактическим орбитам со скоростями от 30 до 50 км в секунду, но есть и такие звезды, которые путешествуют в два с лишним раза быстрее. Орбиты этих быстрых звезд пересекают диск Галактики насквозь. Снаружи, в галактическом гало, звезды обладают очень высокими скоростями.
Невидимая Галактика
Зная орбитальные скорости звезд и газа, астрономы вычисляют количество вещества внутри Галактики. Чем быстрее движется звезда но орбите с данным радиусом, тем массивнее должна быть ее галактика. В точности таким же методом находят массу Солнца, используя связь между орбитальной скоростью планеты, радиусом се орбиты и массой Солнца.
Скорость Солнца и его расстояние от центра Галактики указывают на то, что масса Галактики, заключенная внутри орбиты Солнца, составляет около 100 миллиардов солнечных масс. Это примерно совпадает с массой видимых звезд и газа.
Однако звезды, расположенные снаружи от солнечной орбиты, рассказывают нам нечто совсем другое. Вместо того чтобы замедляться по мере удаления от центра (как это происходит с планетами и Солнечной системе), скорости звезд остаются более или менее постоянными. Это может случиться только в том случае, когда звезды притягиваются намного более мощными гравитационными силами, создаваемыми гигантским количеством невидимого вещества. Скопления в галактическом гало движутся так, как если бы они притягивались в 10 раз большим количеством вещества, чем то, что мы видим.
У Млечного Пути есть дне галактики-спутницы, Большое и Малое Магеллановы облака. Орбита одного из них свидетельствует о том, что масса, заключенная в гало, в 5 — 10 раз превышает массу, которую мы наблюдаем в диске.
Невидимое вещество в гало
Большая часть вещества в галактическом гало невидима и, следовательно, не может быть заключена в обычных звездах. Это и не газ, поскольку он был бы обнаружен радиотелескопами или ультрафиолетовыми телескопами. Свет от далеких галактик проходит к нам сквозь гало, поэтому лишняя масса не может быть пылью. Темное, скрытое от нас вещество могло бы состоять из неких таинственных атомных или ядерных частиц, пока не обнаруженных на Земле. С другой стороны, скрытую массу могут образовать бесчисленные холодные «планеты» или черные дыры. Так или иначе, сейчас девять десятых галактики Млечный Путь невидимы. В дальнейшем мы увидим, что эта проблема скрытой массы распространяется и на другие галактики, и даже на всю Вселенную.
Центр
Центр галактики Млечный Путь лежит в направлении созвездия Стрельца. Центр нельзя увидеть в оптические телескопы, так как его заслоняют обширные скопления ныли. Однако они проницаемы для радиоволн и инфракрасного излучения, которые и снабжают нас информацией о центре Галактики.
В пределах 1000 световых лет от центра звезды расположены очень плотно. Если бы ты оказался на какой-нибудь планете внутри этой переполненной зоны, ты увидел бы в ночном небе добрый миллион очень ярких звезд, так что темнота никогда бы не наступала. Ближайшие звезды отстояли бы всего на несколько световых дней.
В самом сердце Млечного Пути происходит нечто грандиозное. Центральная область является мощным источником радиоволн, инфракрасного и рентгеновского излучений. Мощное инфракрасное излучение исходит из области размером всего в 20 световых лет. На радиокартах этого района видны облака газа, устремляющиеся к центру. Вокруг центра кружится клочковатое газовое кольцо; горячий газ, срываясь с его внутреннего края, падает в центр.
Центральное чудовище
В самом сердце Млечного Пути находится загадочный источник колоссальной энергии. Сияя, как сто миллионов солнц, он столь невелик но размеру, что мог бы целиком поместиться внутри орбиты Юпитера. Его масса примерно в миллион раз больше солнечной. Почти наверняка там находится черная дыра, жадно пожирающая межзвездные газ и пыль и втягивающая в себя свежую пищу из клочковатого газового кольца. Падая на черную дыру, этот газ разогревается и выделяет энергию, которую мы наблюдаем.
Не все астрономы согласны с гипотезой, что энергия образуется благодаря черной дыре. По их мнению, выделение такой энергии могло бы быть результатом мощного взрыва звездных рождений.
Наши соседи, Магеллановы облака
Две галактики, являющиеся спутниками Млечного Пути, Большое и Малое Магеллановы облака, были открыты в XVI в. португальскими мореплавателями во время плавания к берегам Южной Африки. Впоследствии они были названы в честь Фердинанда Магеллана (1480—1521), руководителя первого кругосветного путешествия (1519—1522). Магеллановы облака видны в южном полушарии. Большое облако находится от нас иа расстоянии 165 000, а Малое - 200 000 световых лет.
В Большом облаке есть центральная полоса звезд, но нет спиральной структуры. Это галактика среднего размера—в ней около 20 миллиардов звезд. Она в 10 раз ближе к нам, чем ближайшая большая галактика. Поскольку в Большом облаке можно разглядеть отдельные звезды, астрономы часто наблюдают эту галактику, стараясь изучить жизненный путь обычных звезд. В Большом облаке расположена гигантская излучающая туманность — Тарантул. Это гигантское облако сверхгигантских звезд и газа. Здесь находится большая «фабрика звезд». В 1987 г. именно в этом районе произошел знаменитый взрыв сверхновой.
Галактический каннибализм
Оба Магелланова облака движутся по орбитам вокруг пашей Галактики. Поскольку они очень удалены от нас, их движение по небу почти незаметно. Однако в 1993 г. астрономам все же удалось измерить это перемещение, сравнивая фотографии, сделанные с интервалом в 17 лет. Звезды Большого облака сдвинулись за это время как раз настолько, что обнаружили это движение. Зная его скорость, астрономы вычислили орбиту Большого облака. Сделав это, они столкнулись с двумя большими неожиданностями.
Прежде всего, скорость оказалась больше, чем ожидалось. Это можно было объяснить, лишь допустив, что Млечный Путь еще больше, чем считалось раньше. По-видимому, невидимое массивное гало примерно в 10 раз превосходит по размеру спиральный диск Галактики. Путешествие но орбите вокруг Млечного Пути занимает у Большого облака около 2,5 миллиарда лет.
Во-вторых, орбита проходит совсем близко к массивному гало. В результате каждый раз, когда Большое облако оказывается достаточно близко, гравитационные силы рвут его в клочья. Гигантский хвост обломков, состоящий из звездных скоплений и водорода, отсасывается наружу. В итоге от Большого облака отделилась длинная тонкая дуга из вещества, которая в настоящее время падает на Млечный Путь. Та же судьба и у Малого облака. Галактики-спутники, подобно гигантским кометам галактического масштаба, оставляют за собой хвосты обломков. По подсчетам астрономов, в ближайшие 10 млрд лет Млечный Путь совершит акт галактического каннибализма, полностью вобрав все вещество Магеллановых облаков.
Путь во Вселенную
Все звезды Большого Магелланова облака удалены от нас более или менее одинаково. Это примерно то же, что сказать: «Все жители Нью-Йорка находятся на одинаковом расстоянии от Лондона». Это означает, что различия в звездных величинах отдельных звезд Магелланова облака полностью обусловлены разницей в их возрасте и химическом составе. Наблюдая звезды нашей собственной Галактики, мы должны учитывать, что расстояния до них совершенно различны, а точное определение этих расстояний — трудная задача. Сравнивая же между собой звезды Магеллановых облаков, можно быть уверенным, что разница в расстояниях почти не сказывается на результате.
Солнечная система погружена в огромную звездную систему - Галактику, насчитывающую сотни миллиардов звезд самой разной светимости и цвета (Звезды в разделе: "Жизнь звезд"). Свойства разных типов звезд Галактики астрономам достаточно хорошо известны. Нашими соседями являются не просто типичные звезды и другие небесные объекты, а скорее представители наиболее многочисленных "племен" Галактики. В настоящее время в окрестностях Солнца исследованы все или почти все звезды, за исключением совсем карликовых, излучающих очень мало света. Большинство среди них составляют очень слабые красные карлики - их массы в 3-10 раз меньше, чем у Солнца. Звезды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6%. Многие наши соседи (72%) группируются в кратные системы, где компоненты связаны друг с другом силами гравитации. Какая же из сотни близких звезд может претендовать на титул ближайшей соседки Солнца? Сейчас ею считается компонент известной тройной системы Альфа Центавра - слабый красный карлик Проксима. Расстояние до проксимы 1,31 пк, свет от нее идет до нас 4,2 года. Статистика околосолнечного населения дает представление об эволюции галактического диска и Галактики в целом. Например, распределение по светимости звезд солнечного типа показывает, что возраст диска 10-13 млрд. лет.
В XVII столетии, после изобретения телескопа, ученые впервые осознали, насколько велико количество звезд в космическом пространстве. В 1755 г. немецкий философ и естествоиспытатель Иммануил Кант предположил, что звезды образуют в космосе группы, подобно тому как планеты составляют Солнечную систему. Эти группы он назвал "звездными островами". По мнению Канта, одним из таких бесчисленных островов является Млечный Путь - грандиозное скопление звезд, видимое на небе как светлая туманная полоса. На древнегреческом языке слово "галактикос" означает "молочный", поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками.
Основываясь на результатах своих подсчетов, Гершель предпринял попытку определить размеры и образует своего рода толстый диск: в плоскости Млечного Пути она простирается на расстояние не более 850 единиц, а в перепендикулярном направлении - на 200 единиц, если принять за единицу расстояние до Сириуса. По современной шкале расстояний это соответствует 7300Х1700 световых лет. Эта оценка в целом верно отражает структуру Млечного Пути, хотя она весьма неточна. Дело в том, что кроме звезд в состав диска Галактики входят также многочисленные газопылевые облака, которые ослабляют свет удаленных звезд. Первые исследователи Галактики не знали об этом поглощающем веществе и считали, что они видят все ее звезды.
Истинные размеры Галактики были установлены только в XX в. Оказалось, что она является значительно более плоским образованием, чем предполагали ранее. Диаметр галактического диска превышает 100 тыс. световых лет, а толщина - около 1000 световых лет. Из-за того что Солнечная система находится практически в плоскости Галактики, заполненной поглощающей материей, очень многие детали строения Млечного Пути скрыты от взгляда земного наблюдателя. Однако их можно изучать на примере других галактик, сходных с шашей. Так, в 40-е гг. XX столетия, наблюдая галактику M 31, больше известную как туманность Андромеды, немецкий астроном Вальтер Бааде заметил, что плоский линзообразный диск этой огромной галактики погружен в более разреженное звездной облако сферической формы - гало. Поскольку туманность очень похожа на нашу Галактику, он предположил, что подобная структура имеется и у Млечного Пути. Звезды галактического диска были названы населением I типа, а звезды гало - населением II типа.
Как показывают современные исследования, два вида звездного населения отличаются не только пространственным положением, но и характером движения, а также химическим составом. Эти особенности связаны в первую очередь с различным происхождением диска и сферической составляющей.
Строение Галактики: Гало
Границы нашей Галактики определяются размерами гало. Радиус гало значительно больше размеров диска и по некоторым данным достигает нескольких сот тысяч световых лет. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска. Состоит гало в основном из очень старых, неярких маломассивных звезд. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, которые могут включать в себя более миллиона звезд. Возраст населения сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд. лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. Характерной особенностью звезд гало является чрезвычайно малая доля в них тяжелых химических элементов. Звезды, образующие шаровые скопления, содержат металлов в сотни раз меньше, чем Солнце.
Звезды сферической составляющей концентрируются к центру Галактики. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется "балдж" ("утолщение"). Звезды и звездные скопления гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Из-за того что вращение отдельных звезд происходит почти беспорядочно, гало в целом вращается очень медленно.
Строение Галактики: Диск
По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Скорость его вращения не одинакова на различных расстояниях от центра. Она быстро возрастает от нуля в центре до 200-240 км/с на расстоянии 2 тыс. световых лет от него, затем несколько уменьшается, снова возрастает примерно до того же значения и далее остается почти постоянной. Изучение особенностей вращения диска позволило оценить его массу. Оказалось, что она в 150 млрд. раз больше массы Солнца. Население диска очень сильно отличается отнаселения гало. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звездные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них очень много ярких и горячих звезд.
Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он расположен неравномерно, образуя многочисленные газовые облака - гигантских неоднородных по структуре сверхоблаков протяженностью несколько тысяч световых лет до маленьких облачков размерами не больше парсека. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород. Приблизительно на 1/4 она состоит из гелия. По сравнению с этими двумя элементами остальные присутствуют в очень небольших количествах. В среднем химический состав звезд и газа в диске почти такой же, как у Солнца.
Строение Галактики: Ядро
Одной из самых интересных областей Галактики считается ее центр, или ядро, расположенное в направлении созвездия Стрельца. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. Поэтому его начали изучать только после создания приемников инфракрасного и радиоизлучения, которое поглощается в меньшей степени. Для центральных областей Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звездами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимые с Луной, и многие тысячи более ярких, чем самые яркие звезды нашего неба.
Помимо большого колличества звезд в центральной области Галактики наблюдается околоядерный газовый диск, состоящий преимущественно из молекулярнго водорода. Его радиус превышает 1000 световых лет. Ближе к центру отмечаются области ионизованного водорода и многочисленные источники инфракрасного излучения, свидетельствующие о происходящем там звездообразовании. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта - черной дыры массой около миллиона масс Солнца. В центре находится также яркий радиоисточник Стрелец А, происхождение которого связывают с активностью ядра.
Астрономы утверждают, что невооружённым взглядом человек может рассмотреть около 4,5 тысячи звёзд. И это, притом, что нашему взору открывается лишь незначительная часть одной из самых удивительных и неопознанных картин мира: только в Галактике Млечный путь насчитывается более двухсот миллиардов небесных светил (учёные имеют возможность наблюдать лишь за двумя миллиардами).
Млечный Путь является галактикой спирального типа с перемычкой, представляющую собой огромную гравитационно связанную в космосе звёздную систему. Вместе с соседними галактиками Андромеды и Треугольника и более сорока карликовыми галактиками-спутниками она входит в состав Сверхскопления Девы.
Возраст Млечного пути превышает 13 млрд. лет, и за это время в нём образовалось от 200 до 400 млрд. звёзд и созвездий, более тысячи огромных газовых облаков, скоплений и туманностей. Если посмотреть на карту Вселенной, то можно увидеть, что Млечный путь представлен на ней в виде диска диаметром в 30 тыс. парсеков (1 парсек равен 3,086*10 в 13 степени километров) и средней толщиной около тысячи световых лет (в одном световом году почти 10 триллионов километров).
Сколько именно весит Галактика, астрономы ответить затрудняются, поскольку большая часть веса содержится не в созвездиях, как раньше считалось, а в тёмной материи, которая не испускает и не взаимодействует с электромагнитными излучениями. По очень грубым подсчётам, вес Галактики колеблется от 5*10 11 до 3*10 12 масс Солнца.
Как и все небесные тела, Млечный Путь оборачивается вокруг своей оси и перемещается во Вселенной. Следует учитывать, что при передвижении, галактики постоянно сталкиваются друг с другом в космосе и та, которая имеет более крупные размеры, поглощает меньшие, а вот если их размеры совпадают, после столкновения начинается активное звездообразование.
Так, астрономы выдвигают предположение, что через 4 млрд. лет Млечный Путь во Вселенной столкнётся с Галактикой Андромеды (они приближаются друг к другу со скоростью 112 км/с), вызвав появление новых созвездий во Вселенной.
Что касается движения вокруг своей оси, то Млечный Путь движется в космосе неравномерно и даже хаотично, поскольку каждая находящаяся в нём звёздная система, облако или туманность имеет свою скорость и орбиты разного вида и форм.
Если внимательно посмотреть на карту космоса, можно увидеть, что Млечный Путь очень сжат в плоскости и по виду напоминает «летающую тарелку» (Солнечная система расположена почти у самого края звёздной системы). Состоит Галактика Млечный Путь из ядра, перемычки, диска, спиральных рукавов и короны.
Ядро находится в созвездии Стрельца, где расположен источник нетеплового излучения, температура которого составляет около десяти миллионов градусов – явление, характерное только для ядер Галактик. В центре ядра находится уплотнение – балдж, состоящий из большого числа движущихся по вытянутой орбите старых звёзд, многие из которых пребывают в конце своего жизненного цикла.
Так, некоторое время назад американские астрономы обнаружили здесь район размерами 12 на 12 парсек, состоящий из мёртвых и умирающих созвездий.
В самом центре ядра находится сверхмассивная чёрная дыра (участок в космическом пространстве, имеющий такую мощную гравитацию, что покинуть его неспособен даже свет), вокруг которой вращается чёрная дыра меньших размеров. Вместе они оказывают такое сильное гравитационное влияние на находящиеся недалеко от них звёзды и созвездия, что те движутся по необычным для небесных тел траекториям во Вселенной.
Также для центра Млечного Пути характерна чрезвычайно сильная концентрация звёзд, расстояние между которыми в несколько сотен раз меньше, чем на периферии. Скорость движения большинства из них абсолютно не зависит от того, как далеко они находятся от ядра, а потому средняя скорость вращения колеблется от 210 до 250 км/с.
Перемычка размером в 27 тыс. световых лет пересекает центральную часть Галактики под углом в 44 градуса к условной линии между Солнцем и ядром Млечного Пути. Состоит она в основном из старых красных звёзд (около 22 млн.), и окружена газовым кольцом, в котором содержится большая часть молекулярного водорода, а потому является районом, где образуются звёзды в наибольшем количестве. Согласно одной из теорий, в перемычке происходит такое активное звездообразование из-за того, что она пропускает через себя газ, из которого рождаются созвездия.
Млечный путь являет собой диск, состоящий из созвездий, газовых туманностей и пыли (размеры его диаметра составляют около 100 тыс. световых лет при толщине в несколько тысяч). Вращается диск значительно быстрее короны, что расположена по краям Галактики, при этом скорость вращения на разных расстояниях от ядра неодинакова и хаотична (колеблется от нуля в ядре до 250 км/ч на расстоянии в 2 тыс. световых лет от него). Возле плоскости диска сконцентрированы газовые облака, а также молодые звёзды и созвездия.
С внешней стороны Млечного пути находятся слоя атомарного водорода, который уходит в космос на полторы тысячи световых лет от крайних спиралей. Несмотря на то, что этот водород в десять раз толще, чем в центре Галактики, плотность его во столько же раз ниже. На окраине Млечного пути были обнаружены плотные скопления газа с температурой в 10 тыс. градусов, размеры которых превышают несколько тысяч световых лет.
Сразу за газовым кольцом расположено пять главных спиральных рукавов Галактики, размер которых составляет от 3 до 4,5 тыс. парсек: Лебедя, Персея, Ориона, Стрельца и Центавра (Солнце находится с внутренней стороны рукава Ориона). Молекулярный газ находится в рукавах неравномерно и далеко не всегда подчиняется правилам вращения Галактики, внося погрешности.
Корона Млечного Пути представлена в виде сферического гало, которое выходит за пределы Галактики в космос на пять-десять световых лет. Состоит корона из шаровых скоплений, созвездий, отдельных звёзд (в основном – старых и маломассивных), карликовых галактик, горячего газа. Все они движутся вокруг ядра по вытянутым орбитам, при этом вращение некоторых звёзд до того беспорядочно, что даже скорость рядом расположенных светил может значительно отличаться, поэтому вращается корона чрезвычайно медленно.
По одной из гипотез, возникла корона в результате поглощения Млечным путём более мелких галактик, а потому является их остатками. По предварительным данным, возраст гало превышает двенадцать миллиардов лет и оно является ровесницей Млечного Пути, а потому звездообразование здесь уже завершилось.
Если посмотреть на ночное звездное небо, Млечный Путь можно увидеть абсолютно с любой точки земного шара в виде полосы светловатого цвета (поскольку наша звёздная система находится внутри рукава Ориона, для обзора доступна лишь часть Галактики).
Карта Млечного Пути показывает, что наше Светило находится почти на диске Галактики, у самого её края, и его расстояние до ядра составляет от 26-28 тыс. световых лет. Учитывая, что Солнце двигается на скорости около 240 км/ч, чтобы сделать один оборот, ему нужно затратить около 200 млн. лет (за весь период своего существования наша звезда не облетела Галактику и тридцати раз).
Интересно, что наша планета расположена в коротационном кругу – месте, где скорость вращения звёзд совпадает со скоростью вращения рукавов, поэтому звёзды никогда эти рукава не покидают, или не входят в них. Для этого круга характерен высокий уровень радиации, поэтому считается, что жизнь может возникнуть лишь на планетах, возле которых находится очень мало звёзд.
Именно этот факт и относится к нашей Земле. Находясь на периферии, она размещается в довольно спокойном месте Галактики, а потому на протяжении нескольких миллиардов лет почти не подвергалась глобальным катаклизмам, на которые так богата Вселенная. Возможно, это и является одной из основных причин того, что на нашей планете смогла зародиться и сохраниться жизнь.
