О нашей галактике

Галактиками называются звездные системы, состоящие из многих миллионов звезд. Они движутся в космическом пространстве на ог­ромных расстояниях от Земли, и поэтому изучать их необычайно трудно.

Однако среди галактик есть одна, о которой мы знаем гораздо больше, чем о других. Это — наша Галактика, та, внутри которой находится Солнце со своими плане­тами. 30 лет назад астрономы знали только эту звездную семью. Но сейчас наши горизонты значительно расши­рились. Современные гигантские зеркальные телескопы-рефлекторы и радиотелескопы позволяют проникать в такие глубины космоса, о которых несколько десятков лет назад нельзя было и мечтать. Сейчас мы уже имеем некоторое представление и о других звездных мирах.

Оказалось, что многие свойства нашей Галактики ха­рактерны и для многих других галактик. Поэтому, преж­де всего, следует познакомиться с размерами и свойства­ми нашей Галактики.

Почти 200 лет назад астрономы установили, что фор­ма Галактики напоминает диск с округлыми краями. Диаметр этого огромного диска близок к 30 килопарсе­кам², а толщина — около 5 килопарсеков. Точно определить число звезд в Галактике очень трудно. По подсче­там советских ученых П. П. Паренаго и Т. А. Агекяна число звезд в Галактике составляет около 100—150 млрд. Плотнее всего звезды расположены в центре Галактики, а к ее краям плотность распределения звезд постепен­но падает.

Наше Солнце вместе со своими планетами располо­жено почти точно в центральной плоскости Галактики, на расстоянии примерно половины радиуса от центра. В «окрестностях» Солнца одна звезда, в среднем, приходится на 10 пс³, то есть среднее расстояние между двумя соседними звездами составляет около 2,15 пс.

Много это или мало? Сейчас мы увидим, что это и много и вместе с тем — мало. Если расстояние между звездами измерять диаметрами звезд, то в окрестностях Солнца звезды далеко разбросаны друг от друга. Пред­ставим себе модель Галактики в сильно уменьшенном масштабе. Пусть расстояние в миллион километров бу­дет отрезком в 1 мм. Тогда Солнце и другие звезды сред­них размеров будут изображаться шариками диаметром в 1,5 мм, самые маленькие звезды-карлики окажутся раз­мером в булавочную головку или даже с песчинку, а са­мые большие звезды, называемые сверхгигантами, будут иметь размеры апельсина. Среднее же расстояние между звездами-шариками нашей модели составит почти 65 км! Разбросайте на такие расстояния друг от друга апель­сины и песчинки, и вы увидите, что расстояния между звездами очень велики в сравнении с размерами самих звезд.

Но посмотрим теперь на нашу модель Галактики с другой точки зрения. Будем сравнивать расстояния меж­ду звездами с размерами самой Галактики. В принятом нами масштабе диаметр модели Галактики составит около миллиона километров (10⁶ км), то есть почти в три раза больше расстояния от Земли до Луны. Други­ми словами, расстояния между звездами (условно 65 км) очень малы в сравнении с размерами самой Галактики (условно 10⁶ км).

Мы не случайно так подробно говорим о расстояниях между звездами. Многие ученые считают, что звезды, расположенные очень далеко друг от друга, не могут взаимодействовать между собою и каждая звезда суще­ствует как бы сама по себе. К такому выводу пришли крупные астрономы начала XX века — англичанин Джинс, швед Шарлье и многие другие. Постепенно эта точка зрения стала считаться в астрономии общеприня­той. Однако ее сторонники неизбежно наталкиваются на непреодолимые трудности, потому что звезды в сово­купности образуют единое целое—Галактику и вся звездная система в целом обладает своими собственны­ми законами строения и движения.

Наша Галактика, как и галактика в созвездии Андро­меды (рис. 1), имеет довольно правильное строение. По форме она представляет собой плоский диск, в центре которого расположено уплотненное ядро, похожее на луковицу. К краям диска плотность распределения звезд постепенно уменьшается. От ядра Галактики к краю диска, постепенно раскручиваясь, отходят мощные спи­ральные ветви, состоящие из звезд и из облаков газово­пылевой материи, называемой диффузной. Сначала ка­залось, что эти спирали светятся целиком. Но тщатель­ные исследования показали, что диффузные облака сами не светятся, а освещены звездами, находящимися внут­ри них.

рис. 1 Галактика в созвездии Андромеды, обозначаемая М31, очень похожая па нашу Галактику.

Звезды в спиральных ветвях (и в нашей, и в других галактиках) светятся голубоватым светом, свидетель­ствующим об их молодости и очень высокой температуре. Голубоватые звезды имеются не только в спиральных рукавах, но и внутри плоского диска. В остальных ча­стях Галактики звезды имеют более красноватую окрас­ку. Красноватые звезды изобилуют в районе ядра, а также в наружных, периферийных частях Галактики. Голубоватые и белые звезды астрономы называют звез­дами первого типа населения Галактики, а краснова­тые — звездами второго типа. Звезды первого типа зани­мают лишь сравнительно небольшую часть общего объема Галактики, образуя в ней нечто вроде тонкой прослойки. Сходную структуру имеют и другие галак­тики спирального типа, но, конечно, каждая из них обла­дает своими особенностями.

Строение звездных систем хорошо видно на фотогра­фиях. На рис. 2 и 3 воспроизводятся фотографии одной и той же галактики, имеющей условное обозначение М51. Эта галактика видна в созвездии Гончих Псов и принадлежит к числу «нормальных» спиральных галак­тик. Их характерная особенность — две спиральные вет­ви, выходящие из ядра.

Рис. 2. Фотография спиральной галактики М51 в фотографических лучах

На рис. 2 представлена фотография, полученная на обычной фотопластинке, или, как принято говорить, полученная «в фотографических лучах». Обычная фотопла­стинка особенно чувствительна к голубым и синим лу­чам, и поэтому на снимке хорошо видны те детали, в ко­торые входят звезды первого типа — голубоватые и бе­лые. Красные же звезды получились на фотографии зна­чительно слабее белых и голубоватых звезд.

На рис. 3 показана фотография той же галактики, полученная на специальной фотопластинке, чувствитель­ной к красным лучам (фотография «в красных лучах»). На ней хорошо видны области галактики, в которых преобладают красноватые и красные звезды, и значительно хуже области с голубоватыми и белыми звездами.

Рис. 3. Фотографии галактики М51 в красных лучах

Мы видим, что на первом снимке ядро выглядит мень­шим, чем на втором, спиральные ветви здесь тоньше и все пространство между ветвями заполнено звездами. В самом конце одной из ветвей видно небольшое утол­щение, называемое «спутником» звездной системы. На втором снимке видно, что по своим размерам «спутник» почти равен самой галактике. Следовательно, можно сде­лать вывод, что «спутник» в действительности — галак­тика, в основном состоящая из красных звезд.

Было высказано предположение, что спутник М51 не имеет никакого отношения к галактике, находится от нее очень далеко (либо впереди, либо позади галактики) и чисто случайно проектируется на небе как раз в том месте, где находится конец спиральной ветви галак­тики.

Однако это предположение пришлось совершенно от­бросить после того, как проф. Б. А. Воронцов-Вельяминов опубликовал в 1962 г. свой «Атлас» галактик. Он пока­зал, что имеется очень много других галактик, у которых, так же как и у М51, на конце одной из ветвей имеется спутник. Такое совпадение нельзя считать случайным, и остается признать, что в действительности подобные га­лактики — двойные.

Так как галактики имеют определенную форму, то звезды внутри них расположены не хаотически, а зако­номерно, в соответствии с физическими свойствами звезд, что позволяет сделать важные выводы о проис­хождении и развитии галактик.

Как же примирить между собой две противоречивые картины? С одной стороны, булавочные головки, раз­бросанные на десятки километров друг от друга, с дру­гой— явно закономерное соединение огромного количе­ства звезд в единую систему, ярко выраженной спираль­ной формой и определенным распределением двух типов звезд, как бы дополняющих друг друга?

Для того чтобы решить этот вопрос, необходимо было изучить движение звезд в галактиках, и в первую очередь в нашей Галактике. Оказалось, что звезды в окрестно­стях Солнца движутся совершенно беспорядочно. В об­щих чертах их движение можно сравнить с движением молекул в газах.

Однако в 1926—1927 гг. шведский астроном Линдблад и голландский астроном Оорт доказали, что наша Галактика вращается вокруг своей оси, только, в отли­чие от вращающегося твердого тела, угловая скорость вращения различных частей Галактики не одинакова: ее центральные части вращаются быстрее, а ближе к краям вращение постепенно замедляется.

На рис. 4 показана линейная скорость вращения раз­личных областей Галактики в зависимости от расстоя­ния от ее центра. По горизонтальной оси графика отло­жены расстояния от центра Галактики, выраженные в килопарсеках, а по вертикальной оси—линейная ско­рость в км/сек. Во внутренних областях Галактики, в пределах 3—4 кпс от ее центра, линейная скорость вра­щения растет пропорционально расстоянию, что отмече­но на графике пунктирной прямой. Это означает, что во внутренних областях Галактики угловая скорость вра­щения практически постоянна, то есть эти области вра­щаются, как твердое тело. За пределами 3—4 кпс угло­вая скорость вращения начинает постепенно уменьшать­ся, сначала медленно, а затем все быстрее, и законы вращения твердого тела уже не применимы к этим ча­стям Галактики. Наибольшая линейная скорость враще­ния, равная 250 км/сек, соответствует расстоянию в 6 кпс от центра Галактики, где угловая скорость уже в полто­ра раза меньше, чем во внутренних областях Галактики.

Рис. 4. Закон вращения Галактики

Расстояние Солнца от центра Галактики равно 7,5 кпс, и оно обращается вокруг галактического ядра со скоростью около 240 км/сек. Звезды, более далекие от центра Галактики, участвуют в ее вращении с меньшей скоростью, которая вблизи границы звездной системы снижается до 170 км/сек. Угловая скорость вращения пе­риферийных частей нашей Галактики приблизительно в семь раз меньше угловой скорости ее центральных областей. Аналогичный закон вращения обнаружен и в дру­гих достаточно хорошо изученных галактиках.

Теперь спросим себя, что же именно вращается во­круг оси Галактики? Отдельные звезды? Безусловно нет. Звезды движутся относительно друг друга в хаотиче­ском беспорядке. Вблизи Солнца имеются даже такие звезды, которые движутся навстречу вращению Галак­тики, то есть в обратном направлении. В других галак­тиках происходит то же самое. А это означает, что га­лактики ведут себя подобно жидкостям и газам, которые состоят из множества отдельных хаотически движущихся частиц—молекул. Но вместе с тем и жидкость, и газ могут течь в виде потока или струи.

То же самое происходит и в галактиках. Единствен­ное различие здесь в том, что жидкость и газ мы при­выкли считать сплошными, непрерывными, а галакти­ки — нет. Но теперь мы видим, что галактики в извест­ном смысле тоже непрерывны, поскольку расстояния между звездами в них малы в сравнении с размерами галактик. Галактики обладают вращательным движе­нием и ведут себя как сплошная, непрерывная масса, подобная, например, облакам, движущимся в атмосфере. Все дело в тех масштабах, в которых мы рассматриваем галактики. В малых масштабах, порядка немногих пар­секов, мы видим галактики, состоящие из отдельных звезд. Рассматривая галактики в целом, мы видим их как сплошные тела.

В сущности, в этом нет ничего удивительного. Ведь материя обладает двойственной, внутренне противоречи­вой природой. Она одновременно и прерывна и непре­рывна, то есть представляет собой диалектическое един­ство двух противоречивых свойств. Мы встречаемся с этими свойствами в твердых, жидких и газообразных те­лах, но оказывается, что и далекие небесные миры — галактики подчиняются этому же закону диалектики. В дальнейшем мы увидим, что рассмотрение галактик исключительно как прерывных тел, состоящих из отдель­ных независимых друг от друга частиц — звезд, тормо­зило развитие науки о звездных мирах. Ибо с таких од­носторонних позиций невозможно было теоретически объяснить наблюдаемые формы галактик, а главное, не­возможно было хоть в какой-то мере выяснить их исто­рию возникновения и развития.