Солнечная система расположена в Галактике, которую иногда называют Млечный Путь. Астрономы договорились писать «нашу» Галактику с Большой буквы, а другие галактики, вне нашей звёздной системы — с маленькой буквы — галактики.

М31 — Туманность Андромеды

Все звёзды и другие объекты, которые мы видим невооружённым глазом, относятся к нашей Галактике. Исключением является Туманность Андромеды, которая является близкой родственницей и соседкой нашей Галактики. Именно наблюдая эту галактику, Эдвин Хаббл (в честь которого назван космический телескоп) смог «разрешить» её на отдельные звёзды в 1924 году. После чего отпали все сомнения по поводу физической природы этой и других галактик, наблюдаемых в виде размытых пятнышек — туманностей.

Наша Галактика имеет размер порядка 100-120 тысяч световых лет (световой год — расстояние, которое проходит свет за один земной год, примерно 9 460 730 472 580 км). Наша Солнечная система находится примерно в 27 000 световых годах от центра Галактики, в одном из спиральных рукавов, который называется «рукав Ориона». С середины 80-х годов XX века известно, что наша Галактика имеет перемычку в центре между спиральными рукавами. Как и другие звёзды, Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 240 км/с (у других звёзд другая скорость). За период порядка 200 млн. лет Солнце и планеты солнечной системы совершают полный оборот вокруг центра галактики. Этим объясняются некоторые феномены в геологической истории Земли, которая за время своего существования успела 30 раз обернуться вокруг центра Галактики.

Наша Галактика имеет форму сплющенного диска, если смотреть на неё сбоку. Однако, этот диск имеет неправильную форму. Два спутника нашей Галактики, Большое и Малое Магеллановы облака (в северном полушарии Земли не видны) действием своей гравитации искажают форму нашей Галактики.

Мы видим нашу Галактику изнутри, как если бы мы наблюдали детскую карусель, находясь на одной из карусельных лошадок. Те звёзды Галактики, которые мы можем наблюдать, располагаются в виде полосы неодинаковой ширины, которую мы называем Млечный путь. То, что Млечный Путь, известный ещё с древности, состоит из множества слабых звёзд, открыл в 1610 году Галилео Галилей, наведя свой телескоп на ночное небо.

Астрономы полагают, что наша Галактика имеет гало, которое мы не видим («тёмная материя»), но, которое включает в себя 90% массы нашей Галактики. Существование «тёмной материи» не только в нашей Галактике, но и во Вселенной следует из теорий, которые используют Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейна. Однако, ещё не факт, что ОТО верна (есть и другие теории гравитации), поэтому у Галактического гало может быть и другое объяснение.

В нашей Галактике находится от 200 до 400 миллиардов звёзд. Это не много по меркам Вселенной. Есть галактики, содержащие триллионы звёзд, например, в галактике IC 1101 их примерно 300 триллионов.

10-15 % массы нашей Галактики составляет пыль и рассеянный межзвёздный газ (в основном, водород). Из-за пыли мы видим нашу Галактику на ночном небе, как Млечный Путь в виде светлой полосы. Если бы пыль не поглощала свет от других звёзд Галактики, мы бы видели яркое кольцо из миллиардов звёзд, особенно яркое в созвездии Стрельца, где находится центр Галактики. Однако, в других диапазонах электромагнитных волн ядро Галактики видно прекрасно, например, в радиодиапазоне (источник Стрелец А), инфракрасном и рентгеновском.

По предположениям учёных (опять же, связанных с ОТО) в центре нашей Галактики (и большинства других галактик) находится «чёрная дыра». Считается, что её масса примерно 40 000 масс Солнца. Движение вещества Галактики к её центру и создаёт то мощнейшее излучение из центра Галактики, которое наблюдают астрономы в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Мы не можем видеть Галактику сверху или сбоку, поскольку находимся внутри неё. Все изображения нашей Галактики со стороны — фантазия художников. Однако, мы достаточно хорошо представляем вид и форму Галактики, поскольку можем наблюдать другие спиральные галактики во Вселенной, похожие на нашу.

Возраст Галактики составляет примерно 13,6 миллиардов лет, что не намного меньше возраста всей Вселенной (13,7 млрд. лет) по оценкам учёных. Самые старые звёзды галактики находятся в шаровых скоплениях, именно по их возрасту вычисляют возраст Галактики.

Наша Галактика является частью более крупного объединения других галактик, называемого нами Местная группа галактик, куда входят спутники Галактики Большое и Малое Магеллановы облака, Туманность Андромеды (М 31, NGC 224), галактика в Треугольнике (М33, NGC598) и ещё примерно 50 других галактик. В свою очередь Местная группа галактик входит в Сверхскопление Девы, которое имеет размер 150 миллионов световых 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.

В ясную, безлунную ночь через все небо светлой дугой перекидывается бледная, слабо сияющая лен­та - Млечный путь , как кольцо опоясывающая всё небо. Посмотрев на нее в телескоп, вы убеждаетесь, что это огромное скопище очень слабых звезд.

Так как Млечный путь опоясывает все небо, деля его почти пополам, то, очевидно, наша солнечная система находится вблизи этой плоскости, вблизи галактической плоскости, как ее называют.

Чем дальше от плоскости Млечного пути, тем меньше там слабых звезд и тем на меньшее расстояние в этих направлениях тянется звездная система. В общем, наша звездная система, названная Галактикой , занимает пространство, со стороны напоминающее линзу. Она сплющена - толще всего в середине и утончается к краям. Если бы мы могли видеть ее «сверху» или «сни­зу», она имела бы, грубо говоря, вид круга (не кольца). «Сбоку» же она выглядела бы, как веретено. Но каковы размеры этого «веретена»? Однородно ли расположение звезд в нем?

Это выяснилось уже за последние годы, хотя на этот вопрос ответ дает уже простое рассматривание Млечного пути, который весь состоит как бы из нагромождения звездных облаков. Одни облака ярче, в них больше звезд (как, например, в созвездиях Стрельца и Лебедя), другие же беднее звездами. Солнечная система также находится в одном из них, называемом местной системой .

Млечный путь — как мы можем видеть его с Земли

Самые мощные облака звезд находятся в направлении созвездия Стрельца — именно там находится ядро галактики, именно там Млечный путь наиболее ярок. Учитывая, что мы видим созвездие Стрельца «со стороны», логично сделать и вывод, что наша солнеч­ная система находится далеко не в центре Галактики «Млечный путь», а скорее смещена ближе к её краю.

Учитывая, что поперечник нашей Галактики составляет почти 100 ты­сяч световых лет, солнечная система отстоит от ее центра на 25 тысяч световых лет, то-есть примерно на половину ее радиуса.

Солнечная система обращается около центра Галакти­ки, лежащего от нас на расстоянии 25 тысяч световых лет в направлении созвездия Стрельца, со скоростью 250 км/сек. Форма её орбиты как следует еще неизвестна, но если она близка к кругу, что вероятно, то один оборот по ней Солнце завершает за 200 миллионов лет. Этот период, если хотите, можно принять за «космический год» для измерения очень больших промежутков времени.

Вся история человечества в сравнении с таким периодом - только краткий миг! Если бы мы могли видеть, как Солнце несется и заворачивает по своей орбите, как мы видим поезд, заворачивающий на закруглении пути, то мы не могли бы уследить за оборотами планет около Солнца: они бы казались вертящимися быстрей, чем электрический вентилятор.

При вращении вокруг центра Галактики не все звезды движутся совершенно одинаково, и, например, короткопериодические отстают от Солнца на 100 километров за каждую секунду.

Движение нашей солнечной системы со скоростью 20 км/сек в направлении к нашей «соседке» созвездию Лиры - это движение внутри нашего звездного облака, или местной системы. Оно мало и не мешает нам вместе со всей местной системой обращаться вокруг галактического центра.

Каким ярким должен был бы казаться центр нашей Галактики - облака звезд Млечного пути в созвездии Стрельца, если бы их не скрадывало, не затмевало поглощение света в массах , заполняющей пространство между нами и этим центром!

Масса нашей Галактики, оцениваемая сейчас разными способами, равна двумстам миллиардам масс Солнца, причем одна тысячная ее заключена в межзвездных газе и пыли. Масса почти такова же, а масса галактики в Треугольнике оценивается в двадцать раз меньше.

Глядя на Млечный путь и другие галактики со стороны, кажется, что звезды находятся в нем так близко, что буквально трутся друг об друга боками. В действительности всё совсем не так.
Если построить модель Млечного Пути, в которой звезды изображались бы дождевыми каплями, то, чтобы дать правильное представление о распределении звезд внутри типичной галактики, взаимные расстояния капель должны были бы составлять приблизительно 65 км!

Следовательно, на каждый кубический сантиметр звездного вещества приходится свыше 10 000 000 000 000 000 000 000 000 кубических сантиметров .

Парадокс, но для изучения структуры Галактики «Млечный путь» мы находимся в очень невыгодном положении. Мы живем в ней и видим ее изнутри. Это как пытаться представить себе внешний вид своего дома, находясь в квартире и глядя в окно.

Но если наш дом - Галактика, то другие дома - это другие галактики. Следовательно, догадаться о внешнем виде нашего дома можно, изучая другие дома, видимые нами из окна.

Наблюдение Млечного пути на небе.

Впрочем, никто не мешает нам рассматривать на небе и то, что видно прямо «из окна». Так что же увидит наблюдатель с Земли?

Млечный Путь проходит через созвездия Лебедя , Кассиопеи и Пер­сея . В Млечный Путь почти не виден. Он протягивается по северной стороне небосклона небольшой и невысокой дугой от северо-запада (где стоит Персей) к северо-востоку (где стоит Лебедь). Самая верхняя точка этой дуги, в Кассиопее, находится на середине расстояния между и горизонтом.

Наша Галактика - Млечный Путь

© Владимир Каланов
"Знания-сила".

Рассматривая ночное звёздное небо, можно увидеть неярко светящуюся беловатую полосу, которая пересекает небесную сферу. Это диффузное свечение приходит как от нескольких сотен миллиардов звезд, так и в результате рассе́янья света на крошечных частичках пы́ли и газа в межзвездном пространстве. Это наша галактика Млечный Путь. Млечный Путь – это галактика, к которой принадлежит Солнечная система со своими планетами, среди которых и Земля. Он виден из любой точки земной поверхности. Млечный путь образует кольцо, поэтому с любой точки Земли мы видим лишь его часть. Млечный Путь, который кажется тусклой светящейся доро́гой, на самом деле состоит из огромного количества звёзд, не видимых по отдельности невооруженным глазом. Первым в начале XVII столетия над этим задумался , когда навёл изготовленный им телескоп на Млечный Путь. То, что впервые увидел Галилей, захватило дух. В месте белесой огромной полосы Млечного Пути его взору открылись сверкающие скопления из бесчисленных звёзд, видимых по отдельности. Сегодня учёные считают, что Млечный Путь содержит огромное число звёзд – около 200 миллиардов.

Рис. 1 схематическое изображение нашей Галактики и окружающего её гало.

Млечный Путь представляет собой галактику, состоящую из большого плоского - основного - тела в форме диска диаметром, превышающим расстояние в 100 тысяч световых лет. Сам диск Млечного Пути "относительно тонкий" – толщиной несколько тысяч световых лет. Внутри диска расположена бóльшая часть звёзд. По своей морфологии диск некомпа́ктен, имеет сложное строение, внутри его находятся неровные структуры, которые простираются от ядра до периферии Галактики. Это так называемые «спиральные рукава» нашей Галактики, зоны высокой плотности, где из облаков межзвездных пыли и газа образуются новые звезды.

Рис. 2 Центр Галактики. Изображение в условных тонах центра Млечного Пути.

Пояснение к рисунку: Источник света в середине - Стрелец А, активная зона звездообразования, находится рядом с галактическим ядром. Центр окружен газообразным кольцом (розовый круг). На внешнем кольце расположены молекулярные облака (оранжевые) и ионизированный водород пространства розового оттенка.

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 облака́ 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.

Согласно научным предположениям, Наша Галактика содержит также и темную материю, которой, возможно, гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах наблюдений.

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

Наше Солнце находится почти на диске, на расстоянии около 28000 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 килопарсек от центра нашей Галактики.

Рис. 3 Плоскость Галактики и плоскость Солнечной системы не совпадают, а находятся под углом друг к другу.

Положение Солнца в Галактике

Подробно положение Солнца в Галактике и его движение рассмотрено также в разделе "Солнце" нашего сайта (см. ) . 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 800000 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.

Рис. 4 обзор полного неба в галактических координатах, полученный на частоте 408 мгц (длина волны 73 см), показанный в условных цветах.

Интенсивность радиоизлучения отображена в линейной цветовой шкале от темно-синего (наименьшая интенсивность) до красного (наивысшая интенсивность). Угловое разрешение карты составляет приблизительно 2°. Вдоль плоскости галактики видно множество хорошо известных радиоисточников, включая остатки сверхновых Кассиопеи А и Крабовидной туманности.
Отчетливо выделяются комплексы локальных рукавов (Лебедь X и Паруса X), окруженные диффузным радиоизлучением. Диффузное радиоизлучение Млечного Пути в основном представляет собой синхротронное излучение электронов космических лучей при их взаимодействии с магнитным полем нашей Галактики.

Рис. 5 Два изображения полного неба, построенных на основе данных, полученных в 1990 г. в ходе эксперимента DIRBE по изучению диффузного инфракрасного фона (Diffuse Infrared Background Experiment) на спутнике COBE.

На обоих изображениях видно сильное излучение от Млечного Пути. На верхнем фото представлены комбинированные данные по излучению на длинах волн 25, 60 и 100 микрон дальнего инфракрасного диапазона, показанные соответственно голубым, зеленым и красным цветом. Это излучение исходит от холодной межзвездной пыли. Бледно-голубое фоновое излучение порождается межпланетарной пылью в Солнечной системе. На нижнем изображении скомбинированы данные по излучению на длинах волн 1,2, 2,2 и 3,4 микрон в ближнем инфракрасном диапазоне, показанные соответственно голубым, зеленым и красным цветом.

Новая карта Млечного Пути

Млечный Путь можно классифицировать как спиральную галактику . 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. О причине возникновения спиральных рукавов нельзя сказать ничего, кроме того, что рукава возникают при численном моделировании рождения галактики всегда, если заданы достаточно большие масса и момент вращения.

Для появления описания длительно дотроньтесь до клетки Для увеличения изображения - кратковременно Для возврата с изображения - клавиша возврат на телефоне или в браузере

Сгенерированная на компьютере новая трёхмерная модель Млечного пути с реальным расположением сотен тысяч туманностей и звёзд.
© National Geographic Society, Washington D.C. 2005.

Вращение частей галактики

Части галактики вращаются с различной скоростью вокруг её центра. Если бы мы могли посмотреть на Галактику «сверху», мы увидели бы плотное и яркое ядро, внутри которого звёзды располагаются очень близко друг к другу, а также рукава. В них звёзды сконцентрированы менее компактно.

Направление вращения Млечного пути, а также подобных спиральных галактик (указано на карте в левом нижнем углу при увеличении) таково, что спиральные рукава как бы закручиваются. И здесь необходимо заострить внимание вот на каком специфическом моменте. За время существования Галактики (не менее 12 млрд. лет, по любым современным оценкам) спиральные ветви должны были бы закрути́ться вокруг центра Галактики несколько десятков раз! А этого не наблюдается ни в других галактиках, ни в нашей. Ещё в 1964 году Ц. Лин и Ф. Шу из США, предложили теорию, согласно которой спиральные рукава представляют собой не некие материальные образования, а волны плотности вещества, выделяющиеся на ровном фоне галактики прежде всего потому, что в них идёт активное звездообразование, сопровождающееся рождением звёзд высокой светимости. Вращение спирального рукава не имеет никакого отношения к движению звёзд по галактическим орбитам. На небольших расстояниях от ядра орбитальные скорости звёзд превышают скорость рукава, и звёзды "втекают" в него с внутренней стороны, а покидают с внешней. На больши́х расстояниях всё наоборот: рукав как бы набегает на звезды, временно включает их в свой состав, а затем обгоняет их. Что касается ярких ОB -звёзд, определяющих рисунок рукава, то они, родившись в рукаве, в нём и заканчивают свою относительно короткую жизнь, не успевая покинуть рукав за время своего существования.

Газовое кольцо и движение звёзд

По одной из гипотез строения Мле́чного Пути, между центром Галактики и спиральными рукавами расположено ещё т.н. "газовое кольцо". Газовое кольцо содержит миллиарды солнечных масс газа и пы́ли и является местом активного звездообразова́ния. Эта область сильно излучает в радио и инфракрасном диапазоне. Изучение данного образования проводилось по облакам газа и пы́ли, расположенным вдоль луча зрения, и поэтому измерения точных расстояний до этого образования, как и его точная конфигурация очень затруднены́ и до сих пор существуют два основных мнения учёных по этому поводу. Согласно первому, ученые считают, что это образование является не кольцом, а сгруппирова́вшимися спиралями. Согласно другому мнению, это образование можно считать кольцевым. Предположительно оно расположено на расстоянии между 10 и 16 тыс. световых лет от центра.

Существует специальный раздел астрофизики, изучающий движение звёзд во Млечном Пути, он называется «звёздная кинематика».

Для облегчения задачи звездной кинематики звёзды подразделяют на семейства по определенным признакам, возрасту, физическим данным, расположе́нию внутри Галактики. У подавляющего большинства молодых звёзд, сконцентрированных в спиральных рукавах, скорость вращения (относительно центра Галактики, разумеется) составляет несколько километров в секунду. Считается, что у подобных звёзд было слишком мало времени для взаимодействия с другими звездами, они «не использовали» взаимное притяжение для повышения скорости вращения. У звёзд среднего возраста скорость выше.

Самая высокая скорость у старых звёзд, они расположены на сферическом гало, окружающем нашу Галактику до расстояния в 100000 световых лет от центра. Их скорость превышает 100 км/с (как у шаровы́х звездных скоплений).

Во внутренних областях, где плотно сконцентрированы, Галактика в своём движении проявляет себя аналогично твёрдому телу. В этих областях скорость вращения звёзд прямо пропорциональна их расстоянию от центра. Кривая вращения будет выглядеть как прямая линия.

На периферии Галактика в движении уже непохожа на твёрдое тело. В этой части она недостаточно плотно «заселена» небесными телами. «Кривая вращения» для периферийных областей будет «ке́плеровской», аналогично пра́вилу о неодинаковой скорости движения планет в Солнечной системе. Скорость обращения звёзд по мере удаления от центра галактики уменьшается.

Звездные скопления

Находятся в постоянном движении не только звёзды, но и другие небесные объекты, населяющие Млечный Путь: это рассеянные и шаровы́е звёздные скопления, туманности и т.д. Особого изучения заслуживает движение шаровы́х звездных скоплений – плотных образований, в состав которых входят сотни тысяч старых звезд. Эти скопления имеют четкую сферическую форму, они двигаются вокруг центра Галактики по вытянутым эллиптическим орбитам, наклонённым к её диску. Скорость их движения составляет в среднем около двухсот км/с . Шаровы́е звездные скопления пересекают диск с периодичностью в несколько миллионов лет. Являясь достаточно плотно сгруппированными образованиями, они относительно стабильны и не распада́ются под влиянием притяжения плоскости Млечного Пути. По-другому обстоят дела с рассеянными звездными скоплениями. В их состав входят несколько сотен или тысяч звёзд, причем они находятся в основном в спиральных рукавах. Звёзды там расположены не так близко друг к другу. Считается, что рассеянные звёздные скопления имеют тенденцию к распаду через несколько миллиардов лет существования. Шаровы́е звёздные скопления – старые по времени образования, они могут иметь возраст порядка десяти миллиардов лет, рассеянные скопления значительно моложе (счёт идет от миллиона до десятков миллионов лет), очень редко их возраст превышает один миллиард лет.

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Наша Галактика. Загадки Млечного пути

В какой-то степени мы знаем о далеких звездных системах больше, чем о нашей родной Галактике – Млечный Путь. Исследовать его структуру трудней, чем строение любых других галактик, потому как изучать ее приходится изнутри, и многое не так легко разглядеть. Межзвездные пылевые облака поглощают свет, излучаемый мириадами отдаленных звезд.

Только с развитием радиоастрономии и появлением инфракрасных телескопов ученые смогли понять, как устроена наша Галактика. Но многие детали остаются неясны и по сей день. Даже число звезд в Млечном Пути оценивается довольно приблизительно. Новейшие электронные справочники называют цифры от 100 до 300 миллиардов звезд.

Еще не так давно считалось, что у нашей Галактики имеются 4 больших рукава. Но в 2008 г. астрономы из Висконсинского университета опубликовали результаты обработки около 800 000 инфракрасных снимков, которые были сделаны космическим телескопом «Спитцер». Их анализ показал, что у Млечного Пути всего два рукава. Что до других рукавов, то они являются только узкими боковыми ответвлениями. Итак, Млечный Путь – это спиральная галактика с двумя рукавами. Следует отметить, у большинства известных нам спиральных галактик также только два рукава.

«Благодаря телескопу “Спитцер” мы имеем возможность заново переосмыслить структуру Млечного Пути, – подчеркнул астроном Роберт Бенджамин из Висконсинского университета, выступая на конференции Американского астрономического общества. – Мы уточняем наше представление о Галактике точно так же, как столетия назад первооткрыватели, совершая путешествия по земному шару, уточняли и переосмысливали прежние представления о том, как выглядит Земля».

С начала 90-х годов XX века, наблюдения, проводимые в инфракрасном диапазоне, все больше и больше меняют наши знания о структуре Млечного Пути, ведь инфракрасные телескопы дают возможность заглянуть сквозь газопылевые облака и увидеть то, что недоступно для обычных телескопов.

2004 год — возраст нашей Галактики был оценен в 13,6 миллиарда лет. Она возникла в скором времени после . Вначале это был диффузный газовый пузырь, содержавший в основном водород и гелий. Со временем он превратился в громадную спиральную галактику, в которой мы сейчас живем.

Общая характеристика

Но как протекала эволюция нашей Галактики? Как она формировалась – медленно или, напротив, очень быстро? Как она насыщалась тяжелыми элементами? Как изменялись за миллиарды лет форма Млечного Пути и его химический состав? Подробные ответы на эти вопросы еще предстоит дать ученым.

Протяженность нашей Галактики составляет около 100 000 световых лет, а средняя толщина галактического диска – около 3 000 световых лет (толщина выпуклой его части – балджа – достигает 16 000 световых лет). Впрочем, в 2008 г. австралийский астроном Брайан Генслер, проанализировав результаты наблюдений за пульсарами, предположил, что, вероятно, галактический диск в два раза толще, чем принято считать.

Велика или мала наша Галактика по космическим меркам? Для сравнения: протяженность туманности Андромеды, ближайшей к нам крупной галактики, составляет приблизительно 150 000 световых лет.

В конце 2008 г. исследователи установили методами радиоастрономии, что Млечный Путь вращается быстрей, чем предполагали ранее. Судя по этому показателю, его масса приблизительно в полтора раза выше, чем принято было считать. По разным оценкам, она варьируется от 1,0 до 1,9 триллиона солнечных масс. Опять же для сравнения: массу туманности Андромеды оценивают самое меньшее в 1,2 триллиона солнечных масс.

Строение галактик

Черная дыра

Итак, Млечный Путь не уступает по размерам туманности Андромеды. «Нам не следует больше относиться к нашей Галактике как к младшей сестре туманности Андромеды», – отметил астроном Марк Рейд из Смитсоновского центра астрофизики при Гарвардском университете. В то же время, поскольку масса нашей Галактике больше, чем предполагалось, сила ее притяжения также выше, а значит, возрастает и вероятность ее столкновения с другими галактиками, находящимися поблизости от нас.

Нашу Галактику окружает шаровидное гало, достигающее в поперечнике 165 000 световых лет. Астрономы порой называют гало «галактической атмосферой». Оно содержит примерно 150 шаровых скоплений, а также небольшое количество древних звезд. Все остальное пространство гало заполнено разреженным газом, а также темным веществом. Массу последнего оценивают приблизительно в триллион солнечных масс.

В спиральных рукавах Млечного Пути содержится огромное количество водорода. Именно здесь продолжают зарождаться звезды. Со временем молодые звезды покидают рукава галактик и «переселяются» в галактический диск. Впрочем, самые массивные и яркие звезды живут довольно недолго, потому не успевают удалиться от места своего рождения. Неслучайно рукава нашей Галактики так ярко светятся. Большая же часть Млечного Пути состоит из небольших, не очень массивных звезд.

Центральная часть Млечного Пути располагается в созвездии Стрельца. Эта область окружена темными газопылевыми облаками, за которыми нельзя ничего увидеть. Только начиная с 1950-х годов, используя средства радиоастрономии, ученые смогли постепенно рассмотреть то, что таится там. В этой части Галактики был обнаружен мощный радиоисточник, получивший название Стрелец А. Как показали наблюдения, здесь сосредоточена масса, превосходящая массу Солнца в несколько миллионов раз. Самое приемлемое объяснение этого факта возможно только одно: в центре нашей Галактики находится .

Сейчас она по каким-то причинам устроила себе передышку и не проявляет особой активности. Приток вещества сюда очень скуден. Может быть, со временем у черной дыры пробудится аппетит. Тогда она снова начнет поглощать окружившую ее пелену газа и пыли, и Млечный Путь пополнит список активных галактик. Возможно, что перед этим в центре Галактики начнут бурно зарождаться звезды. Подобные процессы, вероятно, регулярно повторяются.

2010 год — американские астрономы при помощи Космического телескопа имени Ферми, предназначенного для наблюдения за источниками гамма-излучения, обнаружили в нашей Галактике две загадочные структуры – два громадных пузыря, испускающих гамма-излучение. Диаметр каждого из них составляет в среднем 25 000 световых лет. Они разлетаются из центра Галактики в северном и южном направлениях. Может быть, речь идет о потоках частиц, которые испустила некогда черная дыра, находящаяся посредине Галактики. Другие исследователи считают, что речь идет о газовых облаках, взорвавшихся при зарождении звезд.

Вокруг Млечного Пути расположены несколько карликовых галактик. Самые известные из них – Большое и Малое Магеллановы Облака, которые связаны с Млечным Путем своего рода водородным мостом, огромным шлейфом газа, что тянется за этими галактиками. Он получил название «Магелланова потока». Его протяженность составляет около 300 000 световых лет. Наша Галактика постоянно поглощает ближайшие к ней карликовые галактики, в частности, галактику Сагитариуса, которая расположена на расстоянии 50 000 световых лет от галактического центра.

Остается добавить, что Млечный Путь и туманность Андромеды движутся навстречу друг другу. Предположительно через 3 миллиарда лет обе галактики сольются воедино, образовав более крупную эллиптическую галактику, которую уже назвали «Млечномедой».

Происхождение Млечного пути

Туманность Андромеды

На протяжении долгого времени считалось, что Млечный Путь формировался постепенно. 1962 год — Олин Эгген, Дональд Линден-Белл и Аллан Сендедж предложили гипотезу, которая стала известна, как модель ELS (ее назвали по начальным буквам их фамилий). Согласно ей, на месте Млечного Пути когда-то медленно вращалось однородное облако газа. Оно напоминало шар и достигало в поперечнике приблизительно 300 000 световых лет, а состояло в основном из водорода и гелия. Под действием гравитации протогалактика сжалась и стала плоской; при этом ее вращение заметно ускорилось.

Почти два десятка лет такая модель устраивала ученых. Но новые результаты наблюдений показали, что Млечный Путь не мог возникнуть так, как ему предписали теоретики.

Согласно этой модели, сначала образуется гало, а потом – галактический диск. Но в диске также встречаются очень древние звезды, к примеру, красный гигант Арктур, чей возраст больше 10-ти миллиардов лет, или многочисленные белые карлики того же возраста.

И в галактическом диске, и в гало обнаружены шаровые скопления, которые моложе, чем допускает модель ELS. Очевидно, они поглощены нашей Галактикой поздней.

Многие звезды в гало вращаются в другом направлении, нежели Млечный Путь. Может быть, они тоже находились когда-то за пределами Галактики, но потом были втянуты в этот «звездный вихрь» – словно случайный пловец в водоворот.

1978 год — Леонард Сирл и Роберт Цинн предложили свою модель становления Млечного Пути. Ее обозначили как «модель SZ». Теперь история Галактики заметно усложнилась. Еще не так давно ее молодость, в представлении астрономов, описывалась столь же просто, как во мнении физиков – прямолинейное поступательное движение. Механика происходящего была отчетливо видна: имелось однородное облако; оно состояло только из равномерно разлившегося газа. Ничто своим присутствием не усложняло расчеты теоретиков.

Теперь вместо одного огромного облака в видениях ученых возникли сразу несколько небольших, причудливо разбросанных облаков. Среди них виднелись и звезды; правда, они были расположены только в гало. Внутри гало все бурлило: облака сталкивались; газовые массы перемешивались и уплотнялись. С течением времени из этой смеси образовался галактический диск. В нем начали возникать новые звезды. Но и эту модель впоследствии раскритиковали.

Нельзя было понять, что связывало гало и галактический диск. Этот сгущавшийся диск и реденькая звездная оболочка вокруг него имели мало общего. Уже после того, как Сирл и Цинн составили свою модель, выяснилось, что гало вращается слишком медленно, чтобы из него образовался галактический диск. Судя по распределению химических элементов, последний возник из протогалактического газа. Наконец, момент количества движения диска оказался в 10 раз выше, чем гало.

Весь секрет в том, что обе модели содержат зерно истины. Вся беда в том, что они слишком простые и односторонние. Обе они кажутся теперь фрагментами одного и того же рецепта, по которому был сотворен Млечный Путь. Эгген и его коллеги прочитали несколько одних строк из этого рецепта, Сирл и Цинн – несколько других. Потому, пытаясь заново представить историю нашей Галактики, мы то и дело замечаем знакомые, уже читанные однажды строки.

Млечный путь. Компьютерная модель

Итак, все началось в скором времени после Большого взрыва. «Сегодня принято полагать, что флуктуации плотности темного вещества породили первые структуры – так называемые темные гало. Благодаря силе гравитации эти структуры не распадались», – отмечает немецкий астроном Андреас Буркерт, автор новой модели рождения Галактики.

Темные гало стали зародышами – ядрами – будущих галактик. Вокруг них под воздействием гравитации скапливался газ. Происходил однородный коллапс, как описывает его модель ELS. Уже спустя 500-1000 миллионов лет после Большого взрыва газовые скопления, окружавшие темные гало, стали «инкубаторами» звезд. Здесь появились небольшие протогалактики. В плотных облаках газа возникли первые шаровые скопления, ведь звезды здесь рождались в сотни раз чаще, чем где-либо еще. Протогалактики сталкивались и сливались друг с другом – так образовались крупные галактики, в том числе наш Млечный Путь. Сегодня он окружен темным веществом и гало, состоящим из одиночных звезд и их шаровых скоплений, этими руинами мироздания, чей возраст превышает 12 миллиардов лет.

В протогалактиках было много очень массивных звезд. Не прошло и нескольких десятков миллионов лет, как большинство из них взорвалось. Эти взрывы обогатили облака газа тяжелыми химическими элементами. Потому в галактическом диске рождались не такие звезды, как в гало, – они содержали в сотни раз больше металлов. Кроме этого, эти взрывы породили мощные галактические вихри, которые разогревали газ и выметали его за пределы протогалактик. Произошло разделение газовых масс и темного вещества. Это была важнейшая стадия формирования галактик, не учтенная прежде ни в одной модели.

Вместе с этим темные гало все чаще сталкивались друг с другом. Причем протогалактики вытягивались или распадались. Об этих катастрофах напоминают цепочки звезд, сохранившиеся в гало Млечного Пути со времен «юности». Изучая их расположение, возможно оценить события, которые происходили в ту эпоху. Постепенно из этих звезд образовалась обширная сфера – видимое нами гало. По мере остывания внутрь него проникали газовые облака. Их момент количества движения сохранялся, потому они не сжались в одну-единственную точку, а образовали вращающийся диск. Все это произошло более 12 миллиардов лет назад. Теперь газ сжимался так, как было описано в модели ELS.

В это время образуется и «балдж» Млечного Пути – его срединная часть, напоминающая эллипсоид. Балдж состоит из очень старых звезд. Вероятно, он возник при слиянии самых крупных протогалактик, дольше всего удерживавших газовые облака. Посреди него оказались нейтронные звезды и крохотные черные дыры – реликты взорвавшихся сверхновых звезд. Они сливались друг с другом, попутно поглощая потоки газа. Может быть, так зародилась огромная черная дыра, пребывающая ныне в центре нашей Галактики.

История Млечного Пути гораздо хаотичней, чем считали раньше. Наша родная Галактика, внушительная даже по космическим меркам, образовалась после череды ударов и слияний – после серии космических катастроф. Следы тех давних событий возможно обнаружить и сегодня.

Так, к примеру, не все звезды Млечного Пути обращаются вокруг галактического центра. Вероятно, за миллиарды лет своего существования наша Галактика «поглотила» немало попутчиков. Возраст каждой десятой звезды в галактическом гало – меньше 10-ти миллиардов лет. К тому времени Млечный Путь уже сформировался. Возможно, это – остатки захваченных некогда карликовых галактик. Группа английских ученых из Астрономического института (Кембридж) во главе с Джерардом Гилмором подсчитала, что Млечный Путь, очевидно, мог поглотить от 40 до 60 карликовых галактик типа Карина.

Кроме этого, Млечный Путь притягивает к себе огромные массы газа. Так, в 1958 г. нидерландские астрономы заметили в гало множество небольших пятен. На поверку они оказались газовыми облаками, которые состояли в основном из атомов водорода и мчались в сторону галактического диска.

Наша Галактика не умерит свой аппетит и впредь. Возможно, она поглотит ближайшие к нам карликовые галактики – Форнакс, Карину и, вероятно, Секстанс, а после сольется с туманностью Андромеды. Вокруг Млечного Пути – этого ненасытного «звездного каннибала» – станет еще пустынней.