Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

Наша Солнечная система находится очень далеко от балджа – примерно на второй трети расстояния от центра Галактики до ее внешнего края. Галактический диск не такой уж плоский: посмотрев в любом направлении от Земли, мы увидим, что над нами, под нами и вокруг нас немало звезд, расположенных довольно близко. Хотя они находятся на разном расстоянии от Земли, наши глаза воспринимают их как статичные объекты разной степени яркости на поверхности гигантской сферы, окружающей нашу планету. Именно такую картину долгое время изображали астрономы – «недвижимые светила» на «небесной сфере». На самом деле многие звезды сдвигаются на небольшие, но легко измеряемые расстояния, и мы называем их звездами с «собственным движением». Так происходит потому, что они быстро перемещаются в космосе: это движение можно отследить, внимательно наблюдая за ежегодной сменой их координат на небе. Обычному наблюдателю с человеческой шкалой времени звезды, как правило, кажутся абсолютно неподвижными, но если бы он прилег вздремнуть на пару миллионов лет, то, проснувшись, увидел бы совершенно другие созвездия. Галактика и ее составляющие находятся в постоянном движении.

Панорамный снимок Млечного Пути в видимом свете, на котором ясно различается галактический диск и яркий, но частично затененный межзвездной пылью балдж. Наша Галактика относится к большим спиральным галактикам с перемычкой – структурой, присоединяющей спиральные рукава к ядру

Что человеческий глаз не в силах распознать, так это трехмерную картину распределения звезд, рассеянных в космосе на разном расстоянии от Земли. Следует отметить, что большинство созвездий – это случайные, схожие с узнаваемыми образами построения звезд, удаленных от нас на разные дистанции. На планете, расположенной в другой области Млечного Пути, астроном увидит совсем иной набор созвездий.

Некоторые скопления звезд физически связаны друг с другом. Бинарные системы состоят из двух звезд, вращающихся вокруг общего центра масс. Зачастую они настолько удалены от нас, что человеческому взгляду трудно их разделить. Иногда одна звезда бинарной системы кажется ярче другой, заглушая ее блеск; пример такой двойной системы – Сириус, ярчайшая звезда ночного неба. Большую часть звезд в нашей Галактике составляют именно бинарные системы. Существуют и более крупные звездные скопления. Они появляются из-за того, что многие звезды образуются в одном месте в результате коллапса газовых облаков – настоящих звездных колыбелей галактик. Популярный пример – кластер Плеяд в созвездии Тельца, также известный как Семь Сестер. Звезды Плеяд сформировались достаточно недавно по астрономическим меркам; они отличаются повышенной яркостью и расположены довольно близко друг к другу, что позволяет увидеть это скопление невооруженным глазом.

В области Млечного Пути, называемой гало, мы также находим загадочные глобулярные кластеры, рассеянные по диску Галактики, – это очень плотные шаровые скопления из сотен тысяч звезд, которые удерживает вместе гравитация. Каждый глобулярный кластер гравитационно привязан к Млечному Пути, кружась вокруг него, как мухи над тарелкой с едой. Процесс их формирования все еще не до конца понятен, но они содержат одни из древнейших частиц Галактики, а потому являются ключом к расшифровке истории возникновения Млечного Пути и других галактик. Маленький телескоп или бинокль поможет увидеть некоторые известные глобулярные кластеры, представляющие собой одну из самых эффектных галактических достопримечательностей.

Трехмерное расположение близких к Земле звезд было нанесено на карту методом параллакса – одного из самых старых инструментов определения расстояния в астрономии. Понимание, что такое параллакс, позволит вам узнать о базовой единице измерения расстояния, которую используют профессиональные астрономы, – парсеке (пк). Позже, когда мы будем обсуждать огромные масштабы других галактик, мы еще встретимся с этим понятием. Парсек – это единица измерения, которая содержит в себе гигантское значение в метрах. Его запись обычным способом была бы слишком громоздкой, причина примерно та же, что и с поездками на машине – мы не считаем их в сантиметрах.

Омега Центавра, самый большой глобулярный кластер Млечного Пути, – это скопление 10 млн звезд в среде под названием «галактическое гало», окружающей диск Галактики. В гало находится около 200 известных глобулярных скоплений нашей Галактики, представляющих собой ее самых старых обитателей, хоть и с неясным происхождением. Омега Центавра может оказаться останками карликовой галактики, которая когда-то была поглощена Млечным Путем. В этом качестве она содержит археологические ключи к раскрытию истории формирования нашей Галактики

Закройте один глаз и сосредоточьтесь на кончике большого пальца, вытянув руку вперед. Теперь откройте глаз и закройте другой. Кажется, будто позиция пальца изменилась относительно поверхности земли. Это и есть параллакс – сдвиг видимой позиции объекта при изменении угла зрения наблюдателя. Зная расстояние между точками наблюдения (в данном случае между вашими глазами) и угол смещения видимой позиции объекта, можно определить фактическое расстояние до него, используя методы простой тригонометрии. Ваш мозг проводит такие вычисления постоянно, тем самым отчасти формируя восприятие глубины. Мы не воспринимаем глубину в звездной области так, как осознаем ее в нашем привычном окружении: звезды настолько далеки от нас, что видимые изменения их положения крайне незначительны.

Тот же опыт можно повторить и со звездами, но для вычисления астрономического параллакса нам потребуются гораздо бо́льшее расстояние между точками наблюдения и высокоточные измерения положения звезд на небе. Природа, как оказалось, снабдила нас простой техникой для выполнения этой задачи. Каждые шесть месяцев все изменяет положение на 300 млн км, когда ежегодный орбитальный путь Земли приводит ее на противоположную сторону Солнца. Фиксировать положения некоторых далеких звезд, а затем повторять эти измерения полгода спустя можно с помощью того же большого пальца, ведь расположение наших глаз относительно звезд меняется. Конечно, ждать все шесть месяцев необязательно, но именно такой срок даст наиболее длинное базовое расстояние между точками наблюдения и самые точные измерения видимого смещения, а значит, и максимально корректное для этого метода исчисление расстояния.

Глобулярный кластер 47 Тукана – один из самых знаменитых небесных объектов, которые можно увидеть невооруженным глазом в Южном полушарии. Здесь он изображен в ближнем инфракрасном диапазоне, причем на снимке хорошо видно плотный шар из миллионов звезд. Примечательно, что этот кластер на небе кажется одного размера с Луной, хотя он расположен примерно в 350 млрд раз дальше. Все эти звезды в глобулярном скоплении удерживает гравитация; они вращаются вокруг общего центра масс. Сам кластер, в свою очередь, гравитационно связан с Млечным Путем. Все массивные галактики окружены таким отрядом, в который входит от нескольких сотен до нескольких тысяч глобулярных кластеров (последние относятся к самым массивным галактикам, таким как эллиптические). Кластер 47 Тукана – любимец всех астрономов, так как содержит немало крайне интересных популяций звезд. Яркие звезды, кажущиеся желто-оранжевыми на этом снимке, – это массивные звезды, называемые красными гигантами. Они находятся на той стадии звездной эволюции, когда бо́льшая часть водорода уже выгорела и происходит горение гелия, в процессе чего звезда увеличивается до суперразмеров. Их красный цвет вызван относительно низкой температурой поверхности (низкой для звезды, конечно) – около 4000 K. Бетельгейзе – яркая звезда в созвездии Ориона и хороший пример красного сверхгиганта. Такие звезды помогают нам понять, что происходит на критической фазе звездной эволюции