Текст книги "Астрономия для "чайников""
Автор книги: Стивен П. Маран
сообщить о нарушении
Текущая страница: 20 (всего у книги 27 страниц)
Глава 12
Млечный Путь и другие галактики
В этой главе…
Млечный Путь, его звездные скопления и туманности
Классификация галактик по форме и размеру
Группы и скопления галактик
Сверхскопления, Великие Стены и космические пустоты
Наша Солнечная система – это крошечная часть галактики Млечный Путь, огромной системы из сотен миллиардов звезд, тысяч туманностей и сотен звездных скоплений. Млечный Путь, в свою очередь, это один из крупных элементов Местной Группы Галактик. За пределами Местной Группы находится Скопление Девы (Virgo Cluster), ближайшее крупное скопление галактик, расположенное на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли. Когда ученые заглядывают во Вселенную на такие большие расстояния, они видят сверхскопления, т. е. колоссальные системы, содержащие множество отдельных скоплений галактик. Сверхскопления сверхскоплений пока не обнаружены, но зато существуют Великие Стены, представляющие собой протяженные на невероятные расстояния сверхскопления. И, похоже, значительная часть Вселенной занята космическими пустотами (cosmic voids), в которых есть незначительное количество обнаружимых галактик.
В этой главе вы познакомитесь с галактикой Млечный Путь и ее самыми важными элементами, а затем мы будем продвигаться все дальше и дальше в космос, чтобы познакомиться с другими типами галактик и узнать, как они расположены в космосе.
Млечный Путь – наш галактический домЯсной летней или зимней ночью вы наверняка видели широкую полосу, протянувшуюся через все небо. Это и есть Млечный Путь.
"Молочная река, текущая через Вселенную". Что ж, такая трактовка Млечного Пути была не лучше и не хуже других до 1610 года, когда Галилей разглядел его в телескоп. Он обнаружил, что Млечный Путь не имеет с молоком ничего общего; что он состоит из колоссального количества тусклых звезд, которые объединяются в одно огромное расплывчатое облако. Таким образом, телескоп позволил значительно продвинуться в деле изучения космоса в целом и Млечного Пути в частности.
Как я объясняю в этой главе, галактики – это основные структурные элементы ("кирпичики") Вселенной, и Млечный Путь среди них – "кирпичик" очень приличного размера. Он содержит почти все, что можно увидеть невооруженным глазом, и очень много такого, что увидеть нельзя, – от Земли и Солнечной системы до звезд из окрестностей Солнца, видимых звезд созвездий и всех звезд, которые вместе создают в ночном небе картину молочной реки. Помимо этого, Млечный Путь содержит почти все туманности, которые можно увидеть без телескопа, и множество других, которые невооруженным глазом увидеть не получится.
Млечный Путь – это большая галактика! Помимо отдельных звезд, он содержит сотни звездных скоплений, таких как Плеяды и Гиады в созвездии Тельца, а также множество других.
Млечный Путь– это спиральная галактика. Она содержит состоящую из миллиардов звезд структуру в форме блина ( галактический диск, galactic disk), у которой есть спиральные рукава (или ветви). По форме эти рукава можно сравнить со струями воды, вылетающими из вращающейся системы для поливки газонов. В них множество ярких, молодых, голубых и белых звезд и газовых облаков. Спиральные рукава галактического диска усеяны группами молодых горячих звезд (которые называются ассоциациями, associations); здесь много также светлых и темных туманностей. Между рукавами находятся межрукавные пространства(увы, не все астрономические термины удачны и легки для запоминания).
Где и когда лучше наблюдать Млечный Путь
В былые времена все видели и знали Млечный Путь, но теперь все изменилось. Сегодня многие люди не видят и не знают его, потому что живут в городах или пригородах, где яркие огни мешают хорошей видимости Млечного Пути.
Чтобы увидеть Млечный Путь без "светового загрязнения" (уличным освещением и т. д.), нужно во время отпуска отправиться в горы или на море. Там небо будет намного темнее, чем в городе, и вы сможете в полной мере насладиться невыразимой красотой космоса! Полная Луна тоже мешает наблюдению Млечного Пути, поэтому постарайтесь так спланировать свой отпуск, чтобы это было время новолуния, когда лунного света мало или совсем нет. Млечный Путь лучше всего виден в небе летом и зимой и хуже всего – весной и осенью.
А что за Млечным Путем?
Три объекта за пределами Млечного Пути, которые легко увидеть невооруженным глазом, – это Большое и Малое Магеллановы Облака, две соседние галактики, которые можно увидеть в Южном полушарии, и галактика Андромеды (или туманность Андромеды). Некоторые люди, которым повезло с хорошим зрением (и многие другие, которые просто пытаются произвести впечатление на друзей), утверждают, что видят также галактику Треугольник. И галактика Андромеды, и галактика Треугольник находятся примерно в двух миллионах световых лет от Земли, но первая гораздо больше и ярче.
Я считаю Большое Магелланово Облако единым объектом, но на самом деле оно содержит огромную яркую туманность Тарантул, которую тоже можно увидеть невооруженным глазом. В течение нескольких месяцев 1997 года в Большом Магеллановом Облаке была видна яркая сверхновая 1987А.
В центре нашей галактики находится место, которое называется (как вы уже догадались) галактическим центром(galactic center). А в самом центре (т. е. в центре этого центра) – галактическая выпуклость(или балдж) (galactic bulge). Это приблизительно сферическое образование, состоящее из миллионов, в основном, оранжевых и красных звезд. Вообще форму нашей галактики можно сравнить с двумя яичницами, сложенными желтками наружу; белок – это галактический диск, а образующие сферическую структуру желтки, – выпуклость в центре диска. Это форма летающей тарелки, которую можно примерно получить, если сложить два блюдца выпуклостями наружу. Надеюсь, я объяснил достаточно понятно и вы представили себе форму этого гигантского космического объекта. Тогда остается добавить, что в центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра – Стрелец А* (Sagittarius А*). На рис. 12.1 показана структура Млечного Пути и его компоненты.
Рис. 12.1. Млечный Путь – это спиральная галактика с рукавами, вращающимися вокруг галактического центра
Плоская воображаемая поверхность, или срединная плоскость, галактического диска называется галактической плоскостью(galactic plane). Если мысленно продолжить эту плоскость до пересечения с небесной сферой (с точки зрения наблюдателя на Земле), то получим окружность, которую называют галактическим экватором(galactic equator).
Иногда положение небесного объекта дается в галактических координатах, а не с помощью прямого восхождения и склонения (об этих координатах подробно говорилось в главе 1). Галактические координаты– это галактическая широта(Galactic Latitude), измеряемая в градусах в направлении на север или на юг от галактического экватора, и галактическая долгота(Galactic Longitude), измеряемая в градусах вдоль галактического экватора.
Точка отсчета галактических долгот – направление на галактический центр, который проектируется на 27-й градус Стрельца. В этой точке долгота равна нулю. (На самом деле нулевая отметка галактической долготы немного смещена от галактического центра. Дело в том, что в 1959 году считали, что галактический центр находится именно в этом месте. Но теперь мы знаем гораздо больше.) Отметки галактической долготы проходят вдоль галактического экватора от созвездия Стрельца до Орла, Лебедя и Кассиопеи; затем идут через созвездия Возничего, Большого Пса, Киля и Центавра, и так до долготы 360°, т. е. обратно к галактическому центру. Если вы посмотрите в бинокль на созвездия, которые я только что перечислил, то увидите больше звезд, звездных скоплений и туманностей, чем в любом другом месте неба.
Как оказывается, созвездия, которые пересекает галактическая плоскость, – одни из самых прекрасных в небе.
Если вы думаете, что Млечный Путь находится на некотором расстоянии от Солнца и Земли, то вы ошибаетесь. И Солнце, и Земля сами входят в Млечный Путь. Но галактический центр находится на расстоянии примерно 25 тысяч световых лет от Земли. Последние измерения с помощью радиотелескопа Very Long Baseline Array показали, что Солнечной системе требуется около 226 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг галактического центра. С помощью этой информации было устранено большое расхождение в цифрах: до сих пор ученые не знали точной продолжительности галактического года; по разным оценкам, она составляла 200 или 250 миллионов лет. А теперь астрономы могут правильно устанавливать календари. Окраины галактики поклонники научной фантастики называют галактическим ободом(galactic rim). Диск Млечного Пути – во многом и есть та «молочная полоса», которую мы видим в небе.
Млечный Путь находится примерно в 169 тысячах световых лет от Большого Магелланова Облака, в 2 миллионах световых лет от Андромеды и примерно в 50 миллионах световых лет от ближайшего большого скопления галактик, Скопления Девы. Он также находится прямо посредине маленького скопления галактик (упоминаемые размеры, конечно, относительны) – Местной Группы. Обо всех этих объектах я расскажу в этой главе.
Млечный Путь, вероятно, почти так же стар, как Вселенная. Ему наверняка больше 12 миллиардов лет; по оценкам ученых, именно таков возраст некоторых самых старых из его звезд, причем, по другим оценкам, некоторые звезды еще старше. Увы, никто из тех, кого мы знаем, не был свидетелем его рождения. В то время даже Земли еще не существовало, поэтому оценки очень приблизительны.
Форма и размеры Млечного Пути обусловлены действующими во Вселенной законами гравитации. Давным-давно под воздействием гравитации гигантское облако первичного газа собралось воедино и начало сжиматься. Когда небольшие сгустки внутри этого облака сжимались еще быстрее, чем все облако в целом, формировались звезды. Большое облако начинает вращаться очень медленно, но, по мере уменьшения, его вращение ускоряется, происходит уплощение его формы и получается нынешняя форма спирального диска. И вот вам Млечный Путь!
Если у вас есть другая теория на сей счет, попробуйте сами стать астрономом и, быть может, однажды вы напишете собственную книгу.
Звездные скопленияЗвездные скопления(star clusters) – это просто группы звезд, расположенных внутри и вокруг галактики. Это не случайные группы, поскольку они вместе сформировались из общего облака и, в большинстве случаев, удерживаются вместе силами гравитации.
Существует три основных типа звездных скоплений: открытые скопления, шаровые скопления и ОВ-ассоциации.
Великолепные изображения звездных скоплений можно найти на Web-сайте Англо-австралийской обсерватории по адресу www.аао. gov.au. Можно также обратиться к книге David Malin, The Invisible Universe(Bulfinch Press, 1999), в которой собрана коллекция прекрасных фотографий из этой обсерватории.
Открытые скопления(open clusters) содержат от десятков до тысяч звезд, не имеют определенной формы и расположены на диске галактики Млечный Путь. Ширина типичного звездного скопления – 30 световых лет. В отличие от шаровых скоплений, у них нет высокой концентрации звезд по направлению к центру (если такая концентрация есть вообще) и обычно они намного моложе. Это прекрасные объекты для наблюдения в малые телескопы и бинокли, и некоторые из них можно увидеть невооруженным глазом.
Рассмотрим самые знаменитые и легко видимые открытые скопления в Северном полушарии.
Плеяды, расположенные в северо-западной части созвездия Тельца.
Если на Плеяды, известные также как Семь Сестер, смотреть невооруженным глазом, то они похожи на крошечный ковшик. Вы можете оценить остроту своего зрения по тому, сколько звезд сумеете сосчитать в Плеядах. Заметим, что это 45-й объект каталога Мессье, М45 (о каталоге Мессье говорилось и в главе 1). Затем посмотрите на Плеяды в бинокль и снова посчитайте количество звезд, которые вы видите. Самая яркая звезда в созвездии Плеяд – Эта Тельца (η Тельца) 3-й звездной величины, известная также под именем Альциона. (Если вы забыли, что такое звездная величина, обратитесь к главе 1.)
Гиады, также расположенные в созвездии Тельца.
Это также прекрасный объект для наблюдения невооруженным глазом. В него входит большинство звезд, составляющих букву "V" в голове Тельца. Вы не пропустите это скопление, потому что в букву "V" входит яркая красная звезда (красный гигант) Альдебаран, или Альфа Тельца 1-й звездной величины (рис. 12.2). На самом деле Альдебаран не находится в Гиадах, он далеко за их пределами, но наблюдателю с Земли кажется, что он входит в это звездное скопление.
Рис. 12.2. В созвездии Тельца есть яркая звезда (красный гигант) Альдебаран
Гиады выглядят намного больше Плеяд, потому что от Земли до них только около 150 световых лет, а не 400 световых лет, как до Плеяд.
Двойное Скопление в созвездии Персея.
Двойное Скопление прекрасно выглядит в бинокль и особенно в малый телескоп. Это два звездных скопления под номерами NGC 869 и NGC 884, каждое из которых, видимо, находится на расстоянии свыше 7000 световых лет от Земли. NGC расшифровывается как New General Catalogue (Новый общий каталог), который впервые появился в 1888 году.
Улей (Beehive) в созвездии Рака.
Улей (М44, т. е. 44-й объект по каталогу Мессье) – это самый привлекательный объект в созвездии Рака, которое состоит из тусклых звезд. Если смотреть невооруженным глазом, то это скопление выглядит как красивое размытое пятно, а если в бинокль – то как бесчисленный рой звезд.
А теперь перечислим самые красивые открытые скопления, видимые в Южном полушарии.
NGC 6231 в созвездии Скорпиона.
NGC 6231 – это "южный" объект, но летними вечерами он виден в большей части Северного полушария. Нужно только находиться в темном месте, вдали от городских огней, там, где южную часть неба ничто не заслоняет.
Шкатулка Драгоценностей (Jewel Box) в созвездии Южного Креста.
В скопление Шкатулка Драгоценностей входит яркая звезда Каппа Креста (κ Креста). Южный Крест – неизменный любимец наблюдателей из Южного полушария. Если будете совершать круиз по южным морям, постарайтесь настоять на том, чтобы на борту находился лектор по астрономии. Он с радостью покажет вам Южный Крест. А с помощью бинокля вы сможете насладиться прекрасным видом Шкатулки Драгоценностей.
Шаровые скопления(globular clusters) – это «дома для престарелых» галактики Млечный Путь. Они почти так же стары, как сама галактика (некоторые специалисты полагают, что это были первые сформировавшиеся объекты галактики Млечный Путь), состоят из очень старых звезд, среди которых много красных гигантов и белых карликов (см. главу 11). Звезды, которые можно увидеть в шаровом скоплении в телескоп, – это, в основном, красные гиганты. В больший телескоп можно уже наблюдать оранжевых и красных карликов главной последовательности. И только с помощью космического телескопа «Хаббл» и других очень мощных инструментов можно различить большее количество более тусклых белых карликов.
Типичное шаровое звездное скопление содержит от сотен тысяч до миллиона и больше звезд, и все они "упакованы" в шаре (отсюда название "шаровое") диаметром 60-100 световых лет. И чем ближе к центру, тем более плотно упакованы звезды (рис. 12.3). Таким образом, шаровое скопление отличается от открытого высокой концентрацией и большим количеством звезд.
Рис. 12.3. Шаровое скопление G1 в галактике Андромеды
Еще одно важное отличие заключается в том, что открытые скопления распределены по галактическому диску, т. е. практически лежат в плоскости, а шаровые скопления находятся в центре Млечного Пути и заполняют сферу, т. е. множество звезд находятся высоко над галактической плоскостью и глубоко под ней. Концентрация этих скоплений тоже возрастает по мере приближения к центру, но многие шаровые скопления, которые легче всего увидеть, находятся значительно выше галактической плоскости или ниже нее.
Вот самые лучшие шаровые скопления для наблюдения в Северном полушарии:
Мессье 13 (M13) в созвездии Геркулеса;
Мессье 15 (M15) в созвездии Пегаса.
И М13, и М15 можно увидеть невооруженным глазом, если небо достаточно темное, но необходимо проверить себя с помощью бинокля или малого телескопа; тогда эти скопления будут видны как размытые пятна, по размеру больше звезд. Чтобы найти эти объекты в небе, используйте звездные диаграммы или атласы (например, Звездный атлас Нортона).
Наблюдатели из Северного полушария обманывались относительно самых лучших шаровых звездных скоплений, потому что, без сомнения, два самых крупных и ярких из них находятся в южном небе:
Омега Центавра в созвездии Центавра;
47 Тукана в созвездии Тукана.
Если смотреть на эти скопления в бинокль, то перед вами предстанет эффектное зрелище. Возможно, ради этого стоит даже совершить путешествие в Южную Америку, Южную Африку, Австралию или другие места Южного полушария, откуда они видны.
ОВ-ассоциации(OB associations) – это неплотные группировки десятков звезд спектрального типа Ои В, а иногда и более тусклых, холодных звезд (более подробно о спектральных типах говорилось в главе 11). В отличие от открытых и шаровых скоплений, силы гравитации не удерживают вместе эти ассоциации. Со временем находящиеся в них звезды удаляются одна от другой и ассоциации рассеиваются. ОВ-ассоциации расположены рядом с галактической плоскостью.
Многие из ярких молодых звезд в созвездии Ориона (оно находится совсем рядом с галактической плоскостью в юго-западном направлении) – члены ОВ-ассоциации этого созвездия.
ТуманностиТуманность – это газо-пылевое облако в космическом пространстве. ( Пыль– это микроскопические твердые частицы силикатов, углерода, льда или разнообразных сочетаний этих веществ.) Как я уже говорил в главе 11, одни туманности играют важную роль в процессе формирования звезд, а другие сами остались «продуктом жизнедеятельности» умирающих звезд. Существует несколько разновидностей туманностей, в зависимости от этапа их жизненного цикла.
Зоны Н II(Н II regions) – это туманности, в которых водород находится в ионизированном состоянии, т. е. потерял свой электрон. (У атома водорода один протон и один электрон.) Газ в зоне Н II горячий, ионизированный и светящийся от ультрафиолетового излучения, исходящего от находящихся поблизости звезд спектрального типа Оили В. Все крупные и яркие туманности, которые можно увидеть в бинокль, – это зоны Н II, т. е. ионизированного водорода.
Темные туманности(dark nebulae) – это плотные и непрозрачные газопылевые облака, которые не светятся. Водород в них находится в нейтральном состоянии, т. е. он не потерял свой электрон. Зона H I – это туманность, водород в которой находится в нейтральном состоянии; т. е. это просто другое название темных туманностей.
Гигантские молекулярные облака(giant molecular clouds) – это самые крупные объекты Млечного Пути. Но они темные и холодные, и мы даже не знали бы о их существовании, если бы не данные, полученные с помощью радиотелескопов, которые могут обнаруживать излучения слабых радиоволн от молекул, таких как окись углерода (СО). Как и все остальные туманности, гигантские молекулярные облака, в основном, состоят из водорода, но часто их изучают с помощью компонентов, содержащихся в очень малых количествах, таких как СО. Водород в этих гигантских облаках находится в молекулярной форме (и обозначается Н 2), т. е. каждая его молекула содержит два нейтральных атома водорода.
Одно из самых поразительных открытий последних десятилетий в изучении туманностей состояло в том, что яркие зоны Н II, такие как туманность Ориона, – это только маленькие горячие участки на окраинах гигантских молекулярных облаков. На протяжении столетий люди смотрели на туманность Ориона и даже не представляли, что это – не более чем яркий «пупырышек» на огромном невидимом объекте, молекулярном облаке Ориона. Но теперь мы это знаем. Новые звезды рождаются в молекулярных облаках, и когда они становятся достаточно горячими, ионизируют окружающее пространство вокруг себя, превращая его в зону Н II. Если в молекулярном облаке пылевой слой достаточно толстый для того, чтобы преградить путь свету многих или большинства звезд, расположенных за этим облаком (с точки зрения наблюдателя на Земле), то эта часть молекулярного облака называется темной туманностью.
Планетарная туманность(planetary nebulae), как уже упоминалось в главе 11, – это атмосфера старой звезды типа Солнца, которая в предсмертной агонии сбросила свои внешние слои. Более подробно о планетарных туманностях мы поговорим в следующем разделе.
Остатки сверхновой(supernova remnants) – это туманность, образованная из вещества, извергнутого при взрыве массивной звезды (об этом я тоже говорил в главе 11). Более подробно о сверхновых речь пойдет дальше в этой главе.
Зоны Н II, темные туманности, гигантские молекулярные облака и многие отражающие туманности расположены на галактическом диске Млечного Пути или рядом с ним.
