Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Чтобы узнать о звездах и их планетах более подробно, нам нужно будет расширить наши горизонты далеко за пределы того, что мы исследовали в этой главе, и рассмотреть весь Млечный Путь. В следующей главе мы постараемся выполнить эту задачу — и познакомимся с разнообразным звездным, туманным и темным содержимым нашей Галактики, а также с ее изумительной структурой и движущими силами.
 7. Галактика Млечный Путь 
Предметом нашего наблюдения была сущность или материя Млечного Пути. При помощи зрительной трубы ее можно настолько ощутительно наблюдать, что все споры, которые в течение стольких веков мучили философов, уничтожаются наглядным свидетельством, и мы избавимся от многословных диспутов. Действительно, Галаксия является не чем иным, как собранием многочисленных звезд, расположенных группами. В какую бы его область ни направить зрительную трубу, сейчас же взгляду представляется громадное множество звезд, многие из которых кажутся достаточно большими и хорошо заметными. Множество же более мелких не поддается исследованию [5].
Галилео Галилей. Звездный вестник
Млечный Путь с самых давних времен поражал и пленял нас своей красотой. В ясные безлунные ночи наши восхищенные прародители поднимали взгляд к небесам и любовались блистающей призрачной лентой. Несомненно, их влекла эта изумительная картина. Неоднородный облик Млечного Пути, что раскинулся по небу от края до края, лег в основу бесчисленных мифов о происхождении нашего мира. В них Млечный Путь становился и тропой, по которой путешествуют бессмертные; и рекой, разделившей влюбленных; и шествием темных существ на светлом фоне; и молоком, пролившимся из груди богини-кормилицы.
В наши дни трудно воссоздать те чувства, которые, должно быть, испытывали наши далекие предки, глядя на Млечный Путь. Искусственное освещение почти полностью скрыло от нас величественные панорамы ночного неба. И даже в моем родном Рокпорте, штат Массачусетс, в доме, который находится на побережье и с трех сторон окружен океаном, приходится бороться со световым загрязнением от ближайших южных городов.
 Границы Галактики 
Со времен «звездных собраний», о которых писал Галилей, мы уже узнали, что Млечный Путь — это наш «внутренний» взгляд на сплюснутую звездную систему. Общий план нашей Галактики и та точка, с которой на нее смотрим мы, показаны на рис. 7.1. Если последовать от внутренних пределов наружу, то в строении Млечного Пути выделяются балдж, диск и гало. Солнце и Солнечная система пребывают в диске, примерно на отметке в две трети пути от балджа, расположенного в центре, к внешним областям. Плоский диск содержит почти все звезды, заметные на ночном небе; что же касается невидимых объектов, то их в нем намного больше.
Затемняющий эффект межзвездной пыли, которой заполнен диск, скрывает от нашего взгляда все, что происходит за пределами горизонта в несколько тысяч световых лет, если смотреть в направлении центра Галактики, — а он еще на 27 000 световых лет дальше. Эта пыль состоит из микроскопических крупиц ледяных силикатов и графитов, которые соседствуют со сгустками водорода и гелия, имеющими вид гигантских темных звездообразующих облаков. Свет, проходя сквозь них, теряет яркость, — и тем самым именно они в ответе за неоднородный облик Млечного Пути. По всей видимости, и сами эти облака, и звезды, рожденные в них, располагаются вдоль спиральных рукавов, хотя астрономы до сих пор не уверены, в форме какого узора должны предстать эти рукава на самом деле. Массивные облака, перемещаясь вокруг центра Млечного Пути по орбитам протяженностью в сотни миллионов лет, олицетворяют будущее нашей Галактики.
 
Рис. 7.1. Схематичные изображения Млечного Пути в том виде, в каком он предстает перед наблюдателями, находящимися далеко за его пределами. Эти виды основаны на сочетании наблюдений и последующих объяснительных моделей. Вверху: Млечный Путь, вид сверху. Заметны центральный балдж и звездный бар (перемычка), окруженные диском из звезд и газа, а также спиральные рукава в диске — недавние свидетельства звездообразующей активности. Также представлено расположение галактических долгот с началом отсчета в Солнце. Внизу: Млечный Путь, вид сбоку. Заметны центральный балдж / звездный бар, тонкий диск из звезд и газа, а также гало, содержащее шаровые звездные скопления (показаны) и значительное количество темной материи (не показана). Также представлено расположение галактических широт с началом отсчета в Солнце. (Источник: The Milky Way, W. H. Waller.)
Следующий компонент Млечного Пути — балдж — заметен невооруженным глазом. Он простирается поверх темного диска и под ним к созвездиям Стрельца, Змееносца и Скорпиона. В бинокль можно увидеть, как «звездные облака» очерчивают в пыльной дымке границы «окошек», сквозь которые просматриваются звезды бал- джа. Как и у других галактик, в балдже Млечного Пути присутствуют в основном желтые, оранжевые и красные звезды. Эта ограниченная палитра контрастирует с полным диапазоном звездных цветов, видимых на диске. Насколько можно судить, балдж содержит в основном старые холодные звезды, а диск по-прежнему остается родным домом для молодых горячих голубых звезд и для богатого наследия из более старых звезд с красноватым оттенком.
Форма балджа остается спорной. По крайней мере одна его часть выглядит явно вытянутой, в виде бара (перемычки), наклоненного примерно на 45° к нашему лучу зрения. Другие галактики, имеющие тонкие диски и спиральные рукава, тоже содержат подобные центральные бары (см. гл. 8). Если смотреть издалека, Млечный Путь был бы сочтен спиральной галактикой с баром. Галактика М109, расположенная в созвездии Большой Медведицы и отдаленная от нас на 46 млн световых лет — это близкая аналогия к тому, как мог бы выглядеть наш Млечный Путь (рис. 7.2).
Еще один компонент Млечного Пути — гало — был бы невидим, если бы не шаровые звездные скопления, которых в нем очень много. Эти плотные группы, насчитывающие от тысяч до миллионов звезд, восходят к древнейшим временам, когда Млечный Путь еще формировался из хаоса сталкивающейся и сливающейся материи, наступившего вслед за Большим взрывом. Сегодня шаровые скопления «населены» только долгоживущими звездами с малой массой. Более массивные недолговечные звезды давным-давно исчезли, оставив лишь напоминание о том, как, должно быть, выглядели скопления в далеком прошлом. И все же они даже сейчас выглядят потрясающе — словно броши с драгоценными камнями на черном бархате. Хороший любительский телескоп позволит вам в полной мере впечатлиться красотой этих звездных «елочных игрушек».
Рис. 7.2. Вероятно, если смотреть издалека, Млечный Путь напоминал бы спиральную галактику М109, показанную на снимке. (Материалы любезно предоставлены: S. Swanson and A. Block. Источник: Национальная обсерватория оптической астрономии, Ассоциация университетов по исследованию в области астрономии, Национальный научный фонд.)
Гало и балдж в совокупности составляют сфероидальный компонент Галактики. В них есть старые звезды, у которых не хватает тяжелых элементов (хотя в балдже присутствуют и богатые металлом звезды разного возраста). Стремительные движения звезд и газа в диске навели астрономов на мысль о том, что сфероидальный компонент «населен» чем-то еще. Это невыразимое «нечто», наделенное невероятно огромной массой, своим притяжением удерживает в диске подвижные звезды и газ и тем самым защищает нашу Галактику от рассеивания в небытие. Астрономам еще не удалось даже мельком увидеть это гравитирующее вещество, и поэтому его окрестили «темной материей». Поиски различных экзотических частиц, которые, согласно предположениям ученых, составляют эту темную материю, ведутся и сегодня. Пока что убедительных кандидатов нет (см. гл. 13). Но астрономы, несмотря на неудачу, по-прежнему считают, что галактики состоят в основном из гало темной материи и небольшой доли обычной материи, сосредоточенной в их «густонаселенных» балджах и вращающихся дисках, свет которых рассеивает тьму и — в случае Млечного Пути — оберегает наше наследие.