Наша Галактика и место Солнца в ней

Наша Галактика и место  Солнца в ней 

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", "млечный", поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками.

Предположение Канта было подтверждено методом звездных подсчетов, который впервые применил в конце XVIII в. английский астроном Уильям Гершель. Сущность этого метода заключается  в сравнении числа звезд, попадающих в одинаковые площадки на различных  расстояниях от плоскости Млечного Пути. Такие подсчеты производились  неоднократно и привели к следующим  основным результатам: во-первых, число  звезд резко убывает при удалении от Млечного Пути; во-вторых, общее количество звезд к югу от плоскости Млечного Пути несколько больше числа звезд  к северу от него. Так было установлено, что размеры нашей звездной системы  в направлении Млечного Пути значительно  превышают ее размеры в перпендикулярном направлении, причем Солнце находится  чуть выше плоскости симметрии этой системы.

Размеры и строение нашей Галактики

Основываясь на результатах  своих подсчетов, Гершель предпринял попытку определить размеры Галактики. Он заключил, что наша звездная система  имеет конечные размеры и образует своего рода толстый диск: в плоскости  Млечного Пути она простирается на расстояние не более 850 единиц, а в  перпендикулярном направлении - на 200 единиц, если принять за единицу расстояние до Сириуса. В 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. По внешнему виду Галактика напоминает чечевичное зерно с утолщением посередине.

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 нашей. Так, в 40-е гг. нашего столетия, наблюдая галактику М 31, больше известную как туманность Андромеды, немецкий астроном Вальтер Бааде (в те годы он работал в США) заметил, что плоский линзообразный диск этой огромной галактики погружен в более разреженное звездное облако сферической формы - гало. Зная, что туманность Андромеды очень похожа на нашу Галактику, Бааде предположил, что подобная структура имеется и у Млечного Пути. Звезды галактического диска были названы населением I типа, а звезды гало (или сферической составляющей) - населением II типа.

Как показывают современные  исследования, два вида звездного  населения отличаются не только пространственным положением, но и характером движения и химическим составом. Эти особенности  связаны в первую очередь с  различным происхождением диска  и сферической составляющей.

Гало

Границы нашей Галактики  определяются размерами гало. Радиус гало значительно больше размеров диска  и, по некоторым данным, достигает  нескольких сотен 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 10 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 (в переводе c английского "утолщение").

Звезды и звездные скопления  гало движутся вокруг центра Галактики  по очень вытянутым орбитам. Из-за того что вращение отдельных звезд  происходит почти беспорядочно (т. е. скорости соседних звезд могут иметь  самые различные направления), само гало в целом вращается очень  медленно.

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 примерно в 150 млрд раз больше массы Солнца.

Население диска очень  сильно отличается от населения 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 распределен неравномерно, образуя многочисленные газовые  облака - от 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 только в очень небольших количествах. В среднем химический состав звезд  и газа в диске почти такой  же, как и у Солнца.

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  сопоставимых с Луной, и многие тысячи - более ярких, чем самые яркие  звезды нашего неба.

Помимо большого количества звезд в центральной области  Галактики наблюдается около  ядерный газовый диск, состоящий  преимущественно из молекулярного  водорода. Его радиус превышает 1000 световых лет. Ближе к центру отмечаются области  ионизованного водорода и многочисленные источники инфракрасного излучения, свидетельствующие о происходящем звездообразовании. В самом центре Галактики предполагается существование  массивного компактного объекта - черной дыры массой около миллиона масс Солнца. В центре Галактики находится  также яркий радиоисточник Стрелец А, происхождение которого связывается с активностью ядра.

Спиральные ветви

Одним из наиболее заметных образований в дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или  рукава). Они и дали название этому  типу объектов - спиральные галактики. Спиральная структура в нашей  Галактике очень хорошо развита. Вдоль рукавов в основном сосредоточены  самые молодые звезды, многие рассеянные звездные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков  межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В спиральных ветвях находится большое количество переменных и вспыхивающих звезд, в  них чаще всего наблюдаются взрывы некоторых типов сверхновых звезд. В отличие от гало, где какие-либо проявления звездной активности чрезвычайно  редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным  переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Галактическое магнитное поле, пронизывающее  весь газовый диск, также сосредоточено  главным образом в спиральных образованиях.

Спиральные рукава Млечного Пути в значительной степени скрыты от нас поглощающей материей. Подробное  их исследование началось после появления  радиотелескопов. Они позволили  изучать структуру Галактики  по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвездного водорода, концентрирующегося вдоль длинных спиральных рукавов. По современным представлениям, спиральные рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование  звезд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры выясняются.

Место Солнца в Галактике

В окрестностях Солнца удается  проследить участки двух спиральных ветвей, удаленных от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где  обнаруживаются эти участки, их называют рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце находится почти посередине между этими спиральными ветвями. Правда, сравнительно близко (по галактическим меркам) от нас, в созвездии Ориона, проходит еще одна, не столь явно выраженная ветвь, считающаяся ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики.

 

Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 23-28 тыс. световых лет, или 7-9 тыс. парсек. Это говорит  о том, что Солнце расположено  ближе к окраине диска, чем  к его центру.

 

Вместе со всеми близкими звездами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220-240 км/с, совершая один оборот примерно за 200 млн лет. Значит, за все время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не больше 30 раз.

 

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически  совпадает с той скоростью, с  которой в данном районе движется волна уплотнения, формирующая спиральный рукав. Такая ситуация в общем  неординарна для Галактики: спиральные ветви вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы  колеса, а движение звезд, как мы видели, подчиняется совершенно иной закономерности. Поэтому почти все  звездное население диска то попадает внутрь спиральной ветви, то выходит  из нее. Единственное место, где скорости звезд и спиральных ветвей совпадают, - это так называемая коротационная окружность, и именно на ней располагается Солнце!

 

Для Земли это обстоятельство крайне благоприятно. Ведь в спиральных ветвях происходят бурные процессы, порождающие  мощное излучение, губительное для  всего живого. И никакая атмосфера  не могла бы от него защитить. Но наша планета существует в относительно спокойном месте Галактики и  в течение сотен миллионов  и миллиардов лет не испытывала влияния  этих космических катаклизмов. Может  быть, именно поэтому на Земле могла  зародиться и сохраниться жизнь.

 

Долгое время положение  Солнца среди звезд считалось  самым заурядным. Сегодня мы знаем, что это не так: в известном  смысле оно привилегированное. И  это нужно учитывать, рассуждая  о возможности существования  жизни в других частях нашей Галактики.