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 дом

Ясной 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.

Какая форма у Млечного Пути

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.

Где находится Млечный Путь

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.

Как и когда сформировался Млечный Путь

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 скопления

Звездные 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

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

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

ОВ-ассоциации (OB associations) — это неплотные группировки десятков звезд спектрального типа О и 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.

Туманности

Туманность — 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 О или 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.

Отражающие туманности (reflection nebulae) состоят из пыли и холодного нейтрального водорода. Они светятся отраженным светом соседних звезд. А если бы этих звезд поблизости не оказалось, то данные объекты были бы темными туманностями.

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 Н₂), 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.

Планетарная туманность

Итак, планетарная туманность — это атмосфера старой звезды типа Солнца, которая затем сбросила свои внешние атмосферные слои. Такая туманность ионизирована и светится ультрафиолетовым светом, исходящим от расположенной в ее центре маленькой горячей звезды, т. е. того, что осталось от прежнего «солнца». Эти туманности распространяются в космос и, по мере такого расширения, угасают.

На протяжении десятилетий астрономы считали, что многие или большинство планетарных туманностей имеют приблизительно сферическую форму. Но теперь известно, что большинство их них биполярны, т. е. они состоят из двух круглых долей, выступающих с противоположных сторон от центральной звезды. Некоторые планетарные туманности, которые выглядят сферическими, как, например, Кольцевая туманность (Ring Nebula) из созвездия Лиры (рис. 12.4), на самом деле тоже биполярные. Дело в том, что ось, проходящая через центры этих долей, направлена на Землю, поэтому они и кажутся сферическими, — как гантель, если смотреть на нее с торца. Но, чтобы понять это, астрономам понадобилось много лет. Заметим, что, в отличие от зон Н II, планетарные туманности могут находиться достаточно далеко от галактической плоскости.

Рис. 12.4. Кольцевая туманность в созвездии Лиры

Фотография любезно предоставлена NASA

Галактика-неудачник

В 1950-е годы термином «туманность» называли также галактики, поскольку до 1920-х годов считалось, что галактики за пределами Млечного Пути — это туманности Млечного Пути. Астрономы верили в существование только одной галактики, в которой находится планета Земля, т. е. Млечного Пути.

Потребовалось несколько десятков лет, чтобы в астрономическом языке отразилось изменение понятий и представлений. Авторы астрономических книг совсем недавно перестали называть галактику Андромеды привычным именем — «Туманность Андромеды».

Эдвин П. Хаббл (Edwin P. Hubble), в честь которого назван знаменитый космический телескоп, написал замечательную книгу The Realm of the Nebulae. Она полностью посвящена галактикам, а не туманностям (в том смысле, в каком мы используем этот термин сегодня). Наряду со многими достижениями, Э. Хаббл доказал, что туманность Андромеды — это галактика, полная звезд, а не большое газовое облако. Бывший боксер, он воевал в Первую мировую, курил трубку и, говорят, был груб с другими астрономами обсерватории Маунт-Вилсон. Но его исследования действительно внесли большой вклад в науку.

Любопытная деталь: существуют также протопланетарные туманности (protoplanetary nebulae), в значительной степени изученные астрофизиками. Один тип протопланетарной туманности представляет собой начальный жизненный этап планетарной туманности, т. е. определенную стадию умирания звезды. Другой тип — это порождающее облако системы, состоящей из звезды и ее планет. Конечно, со стороны астрономов не слишком остроумно использовать один и тот же термин для обозначения двух совершенно разных видов объектов, но увы, нет совершенства в этом мире. Видимо, нужен другой Эдвин Хаббл, который бы заставил нас выработать более правильную терминологию.

Остатки сверхновой

Остатки сверхновой на начальном этапе представляют собой вещество, извергнутое при взрыве массивной звезды. Молодые остатки сверхновой состоят почти исключительно из осколков взорвавшейся звезды. Но по мере продвижения по межзвездному пространству газ начинает собирать все на своем пути, как снежный ком. И к тому времени, когда остатки сверхновой станут старыми, т. е. спустя десятки тысяч лет, туманность будет до краев заполнена этим собранным по пути межзвездным газом, и сами осколки взорвавшейся звезды будут составлять незначительную долю общей массы.

Остатки сверхновых обнаружены в галактической плоскости Млечного Пути или рядом с ней.

Туманности, которые стоит наблюдать

Ниже перечислены некоторые из самых лучших и ярких (или, наоборот, самых темных, для темных туманностей) и красивых туманностей, которые видны в северных широтах, а также некоторые объекты, которые ненамного южнее небесного экватора.

Туманность Ориона (Orion Nebula), М42, в созвездии Ориона.

Зону Н II, туманность Ориона, очень легко увидеть невооруженным глазом. Эта туманность кажется размытым пятном в Мече Ориона. Она прекрасно выглядит в бинокль и очень эффектно — в малый телескоп. В телескоп также видна Трапеция (Trapezium), яркая четверная звезда (см. главу 11) в этой туманности.

Кольцевая туманность (Ring Nebula), М57, в созвездии Лиры.

Кольцевая туманность — это планетарная туманность, которая летними ночами видна высоко в небе северных умеренных широт. Чтобы найти в небе эту туманность и разглядеть ее в телескоп (как и все планетарные туманности), вам понадобится звездная диаграмма. Но, конечно, если у вас телескоп с компьютерным управлением, такой как Meade ЕТХ-90/ЕС (см. главу 3), который по команде будет направлен прямо на нужную туманность, то никакие диаграммы вам ни к чему.

Туманность Гантель (Dumbbell Nebula), М27, в созвездии Лисички.

Туманность Гантель и Кольцевая туманность относятся к планетарным туманностям, которые легче всего обнаружить в малый телескоп. Они удачно расположены в небе летом и осенью.

Крабовидная туманность (Crab Nebula), M1, в созвездии Тельца.

Крабовидная туманность- это остаток сверхновой, взорвавшейся в 1054 году (с точки зрения наблюдателя на Земле). Если смотреть на эту туманность в малый телескоп, то вы увидите еще одно размытое пятно, но в большой телескоп видны две звезды рядом с центром туманности. Одна из них никак не связана с Крабовидной туманностью, а просто находится на одной линии прямой видимости. Другая звезда — пульсар, оставшийся после взрыва сверхновой. Это звезда с пульсирующим излучением, вращающаяся со скоростью 30 оборотов в секунду.

Североамериканская туманность (North American Nebula), NGC 7000, в созвездии Лебедя.

Североамериканская туманность — это тусклая, но большая зона Н II, которую внимательный наблюдатель увидит темной летней ночью невооруженным глазом. Чтобы легче обнаружить эту туманность, используйте боковое зрение — смотрите уголком глаза. Название туманность получила благодаря своей форме.

Северный Угольный Мешок (Northern Coal Sack) в созвездии Лебедя.

Северный Угольный Мешок — это темная туманность недалеко от Денеба, Альфы Лебедя, самой яркой звезды созвездия Лебедя. Ее легко обнаружить невооруженным глазом; это темное пятно на более светлом фоне Млечного Пути.

А теперь перечислим туманности умеренных южных широт, которые, тем не менее, видны на большей территории и Южного, и Северного полушарий и заслуживают внимания.

Туманность Лагуна (Lagoon Nebula), М8, в созвездии Стрельца.

Трехраздельная туманность, М20, в созвездии Стрельца.

Обе эти туманности — большие и яркие зоны Н II, которые можно одновременно увидеть в бинокль. Летними ночами их положение в небе очень удобно для наблюдения. На цветной фотографии видно, что у Трехраздельной туманности есть яркая красная область и отдельная, более тусклая, голубая область. Красная область — это зона Н II, а голубая — отражающая туманность.

К самым знаменитым туманностям высоких широт Южного полушария относятся следующие.

Туманность Тарантул (Tarantula Nebula) в созвездии Золотой Рыбы.

Туманность Тарантул вообще находится не в Млечном Пути, а в галактике Большое Магелланово Облако. Но это такая большая и яркая зона Н II, что ее можно увидеть невооруженным глазом в умеренных и высоких южных широтах. Туманность Тарантул — еще один интересный объект для наблюдения во время круиза по южным морям. Поверьте мне — вы не пожалеете.

Туманность Киля (Carina Nebula) в созвездии Киля.

Туманность Киля, расположенная в районе огромной нестабильной звезды Эты Киля (см. главу 11) — это большая и яркая зона Н II.

Туманность Угольный Мешок в созвездии Креста.

Темная туманность Угольный Мешок — это большое черное пятно в Млечном Пути, в созвездии Креста. Вы не пропустите его, если ясной темной ночью будете смотреть на небо высоких широт Южного полушария.

Туманность Восьми Вспышек (Eight-Burst Nebula), NGC 3132, в созвездии Парусов.

Это планетарная туманность, которую можно увидеть в небе высоких южных широт.

Галактики — острова во Вселенной

Большая галактика содержит тысячи звездных скоплений и от миллиардов до триллионов отдельных звезд, удерживаемых вместе силами гравитации. Существуют галактики разнообразных форм и размеров. В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл разделил их на четыре основные группы: эллиптические (Е), спиральные (S), пересеченные спиральные, или линейно-спиральные (SB), и неправильные (Irr) (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Различные типы галактик

Основными типами галактик (в зависимости от формы и размера) являются:

спиральные;

пересеченные спиральные;

линзообразные;

эллиптические;

неправильные;

карликовые;

низкой поверхностной яркости.

Спиральные, пересеченные спиральные и линзообразные галактики

Спиральные галактики (spiral galaxies) имеют форму диска и спиральные рукава, изогнутые по этому диску. Эти галактики похожи на Млечный Путь, но их спиральные рукава могут быть свиты более или менее туго, чем рукава нашей галактики. И полная звезд центральная выпуклость спиральной галактики может быть более или менее рельефной, по сравнению с рукавами.

Спиральные галактики отличаются большим количеством межзвездного газа, туманностей, ОВ-ассоциаций, открытых и шаровых скоплений.

Пересеченные спиральные галактики (barred spiral galaxies) — это спиральные галактики, в которых рукава кажутся выходящими не из галактического центра, а из концов звездного облака, напоминающего по форме линию или эллипс и накрывающего центр. Это звездное облако называется поперечиной (bar). Газ из внешних областей галактики иногда проходит к центру через эту поперечину. За счет этого формируются новые звезды, составляющие центральную галактическую выпуклость, т. е. галактика становится еще более выпуклой в центре.

Линзообразные галактики (lenticular galaxies) — это плоские системы с галактическими дисками, как у спиральных галактик, но только без рукавов. Они состоят из газа и пыли. Их обозначение — SO.

Эллиптические галактики

Эллиптические галактики (elliptical galaxies) имеют форму эллипса. Причем это определение охватывает как эллипсоидные, так и сферические по форме галактики. Это великолепное зрелище, от которого я получил море удовольствия. Такие галактики содержат множество старых звезд и шаровых звездных скоплений, но мало чего помимо этого.

Эллиптические галактики — это системы, в которых формирование звезд в основном или полностью прекратилось. Здесь нет зон Н II, молодых звездных скоплений или ОВ-ассоциаций. Представьте, каково жить в одной из таких тусклых галактик, где нет ничего похожего на Туманность Ориона, которой можно было бы порадоваться, и ничто не дает рождения новым звездам. И, наверное, по телевизору тоже нечего смотреть.

Возможно, процесс образования новых звезд в эллиптической галактике прекратился, потому что использован весь имевшийся для этого газ. Или потому, что нечто развеяло или унесло весь оставшийся газ, пригодный для формирования новорожденных звезд. Я делаю такое предположение потому, что в некоторых эллиптических галактиках, хотя и не имеющих зон Н II или групп молодых звезд вообще, есть некоторое количество газа, но слой его так тонок и он настолько горяч, что излучает только в рентгеновском диапазоне. Подобному газу не так-то легко сжаться и превратиться в звезды. И, по правде говоря, в некоторых эллиптических галактиках есть ряд голубоватых звездных скоплений, которые, похоже, относятся к очень молодым шаровым звездным скоплениям, значительно моложе каких-либо других в Млечном Пути.

Основная на сегодня теория об эллиптических галактиках, или по меньшей мере о некоторых из них, говорит о том, что они сформировались в результате столкновения и слияния меньших галактик. Например, столкновение двух спиральных галактик может породить большую эллиптическую галактику, и образовавшиеся ударные волны могут сжать большие молекулярные облака в спирали, порождая огромные скопления горячих молодых звезд, возможно, те самые голубоватые звездные скопления, которые обнаруживают в некоторых эллиптических галактиках. Но столкновение малой галактики с большой спиральной может просто привести к тому, что вторая поглотит первую. И тогда выпуклость в центре спиральной галактики еще больше увеличится.

Астрономы, изучающие космос, видят много примеров сталкивающихся и сливающихся галактик; причем чем дальше мы заглядываем, тем больше таких примеров наблюдаем. Очевидно, что столкновение галактик было распространенным явлением на ранних этапах развития Вселенной, и это внесло вклад в формирование многих галактик, которые мы видим сегодня.

Галактика — это галактика

Слово «галактика» приходится повторять слишком часто, но, увы, у него нет других синонимов. Некоторые несведущие люди пишут «звездные скопления», чтобы как-то разнообразить свой текст, но это совершенно неправильно. И большая группа галактик — это не «галактическое скопление»; этот термин обозначает открытое звездное скопление внутри галактики. А большая группа галактик — это скопление галактик (cluster of galaxies).

Галактики неправильные, карликовые и низкой поверхностной яркости

У неправильных галактик (irregular galaxies), как правило, очень неправильная форма. Возможно, в какой-то из них вы обнаружите намек на небольшую спиральную структуру, а может, и нет. Обычно в них много межзвездного газа и новые (т. е. новорожденные) звезды формируются постоянно. Обычно неправильные галактики меньше спиральных и эллиптических галактик, в которых звезд гораздо меньше.

Карликовые галактики (dwarf galaxies) полностью соответствуют своему названию — это крошечные галактики, имеющие всего несколько тысяч световых лет в поперечнике или даже меньше. Они подразделяются на подтипы: карликовые эллиптические (dwarf elliptical), карликовые сфероидальные (dwarf spheroidal), карликовые неправильные (dwarf irregular) и, видимо, карликовые спиральные (dwarf spiral), хотя это спорный вопрос.

В нашей родной Местной Группе Галактик (более подробно о ней мы поговорим в следующем разделе), как и в Млечном Пути, самыми распространенными являются карликовые галактики, а самыми распространенными звездами — наименьшие звезды, т. е. красные карлики. Вероятно, это справедливо и для дальнего космоса, но утверждать это трудно, потому что карликовые галактики гораздо труднее увидеть и сосчитать на больших расстояниях, чем галактики нормального размера.

Галактики низкой поверхностной яркости (low surface brightness galaxies) были признаны важным классом объектов в 1990-е годы. Они могут быть такими же крупными, как большинство других галактик, но почти не светятся. Хотя они полны газа, звезд в них образуется мало, поэтому их свет неярок. Астрономы не замечали их в течение многих десятилетий и только сейчас начинают находить их с помощью современных цифровых фотоаппаратов. Это не слишком подходящие объекты для наблюдения в домашний телескоп, но я решил, что вы должны знать о них. Кто знает, что еще находится рядом с нами, чего мы пока не обнаружили?

Некоторые астрофизики думают, что значительную часть массы Вселенной составляют галактики низкой поверхностной яркости, которых пока еще просто не подсчитали должным образом.

Знаменитые галактики

Перечислим самые лучшие галактики для наблюдения в Северном полушарии.

Галактика Андромеды (М31) в созвездии Андромеды, названном в честь эфиопской царевны из греческой мифологии (эта галактика показана на рис. 12.6).

Рис. 12.6. Галактика Андромеды

Галактику Андромеды также называют Великой спиральной галактикой Андромеды, и в течение долгого времени она носила название Великой спиральной туманности Андромеды. Это еще одно размытое пятно, видимое невооруженным глазом; его можно увидеть в небе Северного полушария осенними ночами. Если небо в месте наблюдения будет достаточно темным, то в бинокль можно проследить эту галактику размером в три градуса на небе, что примерно в 6 раз больше диаметра полной Луны. Но не пытайтесь разглядеть галактику Андромеды в полнолуние, подождите, пока Луна не станет узким серпом, или, еще лучше, скроется под горизонтом. Чем темнее ночь, тем большую часть галактики Андромеды вы увидите.

Галактики NGC 205 и М32 в созвездии Андромеды.

NGC 205 и M32 — это небольшие эллиптические галактики по соседству с галактикой Андромеды. Одни специалисты называют их обеих карликовыми эллиптическими галактиками, а другие — нет. (Было бы неплохо, чтобы они пришли к общему мнению.) М32 — сфероидальная по форме, a NGC 205 — эллипсоидальная.

Галактика Треугольник (Triangulum), МЗЗ, в созвездии Треугольника.

Треугольник — это еще одна большая и яркая соседняя спиральная галактика, чуть меньшая и чуть более тусклая, чем галактика Андромеды. Она тоже прекрасно выглядит в бинокль темными осенними ночами.

Галактика Водоворот (Whirlpool Galaxy), М51, в созвездии Гончих Псов.

Галактика Водоворот более далекая и тусклая, чем галактики Андромеды и Треугольника, но это восхитительное зрелище в высококачественный малый телескоп. Это спиральная галактика, галактический диск которой находится практически под прямым углом к нашей линии зрения с Земли. Мы смотрим на нее прямо сверху (или снизу). Если у вас будет возможность воспользоваться большим телескопом, то вы сможете разглядеть ее спиральную структуру с расстояния около 15 миллионов световых лет. Именно у объекта М51 ученые открыли спиральную галактическую структуру, причем задолго до того, как мы узнали, что эти «туманности» — на самом деле галактики. Ищите эту галактику в небе весенними ночами.

Галактика Сомбреро (Sombrero Galaxy), M104, в созвездии Девы.

Галактика Сомбреро — это яркая спиральная галактика, которую мы видим сбоку. «Поля шляпы» — это галактический диск, а темная полоса на поле видна потому, что мы смотрим прямо на темную туманность, расположенную на галактическом диске. Попробуйте наблюдать эту туманность также весной; она почти в три раза дальше, чем галактика Водоворот, но, тем не менее, прекрасно выглядит в телескоп.

А теперь перечислим самые эффектные галактики для наблюдения в Южном полушарии.

Большое и Малое Магеллановы Облака (Large, Small Magellanic Clouds — LMC, SMC) — это неправильные галактики, спутники Млечного Пути. Большое Магелланово Облако не только больше по размеру, но и ближе к Земле. От нас до него всего лишь 169 тысяч световых лет (или чуть больше, или чуть меньше). На самом деле долгие годы считалось, что Большое Магелланово Облако — это ближайшая галактика к Млечному Пути. Но сегодня ученым известно, что тусклое и жалкое подобие галактики под названием Карликовая галактика Стрельца (Sagittarius Dwarf Galaxy) еще ближе к нам. Но эту галактику еле-еле можно различить на фотографиях, сделанных с помощью телескопа, потому что ее постепенно поглощает Млечный Путь. Так что прощай, галактика Стрельца, мы даже не успели как следует с тобой познакомиться!

Большое и Малое Магеллановы Облака действительно похожи на облака в ночном небе. Они большие и яркие и расположены рядом с небесным полюсом, если смотреть с большей части территории Южного полушария. Другими словами, в высоких южных широтах они никогда не садятся за горизонт. Поэтому, если отправиться, например, в южную часть Южной Америки, то можно наслаждаться зрелищем Большого и Малого Магеллановых Облаков каждой ясной ночью. Изучите их в бинокль и постарайтесь определить, сколько в них звездных скоплений и туманностей.

Галактика Скульптор (Sculpter Galaxy), NGC 253, — это большая и яркая спиральная галактика.

Галактика Центавр A (Centaurus A), NGC5128, — это гигантская галактика, имеющая необычный внешний вид. Она сфероидальная, но через ее центр проходит толстая полоса темной пыли. Здесь находится мощный источник радиоволн, принимаемых радиотелескопами. Теоретики размышляли о том, не видят ли они перед собой пример сталкивающихся галактик. Я думаю, что, вероятно, эта галактика в свое время поглотила одну-две мелкие галактики, так что советую вам наблюдать ее с безопасного расстояния.

Местная группа галактик

Местная Группа Галактик (Local Group of Galaxies), которую для краткости именуют просто Местной Группой, состоит из двух больших спиральных (Млечный Путь и галактика Андромеды) и меньшей спиральной галактики (галактика Треугольник), галактик-спутников (включая Большое и Малое Магеллановы Облака, а также галактики М32 и NGC 205) и около двух десятков карликовых галактик.

Местная Группа Галактик не так велика, как другие скопления галактик, но это наш дом. Это самая крупная структура, с которой наша Земля связана гравитационными силами. Это означает, что в процессе расширения Вселенной Земля не улетит от Местной Группы. Так же как Солнечная система не становится больше — потому что гравитация Солнца не позволяет планетам удаляться или вообще улететь, — все объекты Местной Группы удерживаются вместе гравитацией трех спиральных галактик и более мелких объектов. Но все остальные группы и скопления галактик, а также далекие отдельные галактики Вселенной, которые находятся вне воздействия гравитации Местной Группы, удаляются от Местной Группы со скоростью, определяемой законом Хаббла. Более подробно об этом удалении говорится в главе 16.

Размер Местной Группы — примерно один мегапарсек в ширину. Ее центр находится возле Млечного Пути. Парсек (parsek) — это единица измерения расстояния в космосе, равная 3,26 световых года. А приставка мега означает «миллион». Таким образом, ширина Местной Группы — примерно 3,26 миллиона световых лет. Но если вам кажется, что это очень много, замечу, что это лишь крохотная часть по сравнению с размерами остальной обозримой Вселенной за пределами Местной Группы.

Скопления и сверхскопления галактик намного больше Местной Группы и их легко обнаружить в космосе на расстоянии миллиардов световых лет от нас. Но большинство галактик во Вселенной, по меньшей мере из тех, которые легко увидеть, входят в небольшие группы, насчитывающие только десятки членов (или даже меньше), как и Местная Группа (в которой около 30 объектов). Так что, похоже, мы находимся в «средних» условиях.

Скопления галактик

Большинство галактик входят в небольшие группы, такие как Местная Группа, но когда астрономы наблюдают далекий космос в профессиональные телескопы обсерваторий, на общем фоне резко выделяются скопления галактик. Самые заметные так называемые богатые скопления (rich clusters), в которые входят сотни и даже тысячи галактик, каждая с собственным «комплектом» из миллиардов звезд.

Ближайшее к нам большое скопление галактик — это Скопление Девы, простирающееся через одноименное и соседние созвездия. Это скопление находится на расстоянии около 50 миллионов световых лет и содержит сотни известных галактик.

Некоторые из самых больших и ярких галактик, входящих в состав Скопления Девы, вы можете наблюдать в свой собственный телескоп. М87 (т. е. 87-й объект по каталогу Мессье) — это одно из красивейших зрелищ. Это гигантская эллиптическая галактика сфероидальной формы, в центре которой рядом со сверхмассивной черной дырой происходит мощный выброс вещества. М87 можно увидеть в любительский телескоп, но разглядеть выброс вещества в ее центре вам вряд ли удастся, если вы еще не приобрели достаточного опыта. Похоже, эта галактика поглотила несколько мелких галактик. Возможно, поэтому она такая большая. Наверное, сначала она была небольшой, а затем увеличилась за счет поглощения других малых галактик. М49 и М84 — это еще две гигантские эллиптические галактики Скопления Девы, которые вы можете увидеть, a M100 — большая спиральная галактика в этом скоплении.

Вопрос о количестве существующих скоплений галактик упирается в возможности телескопов. В настоящее время современная аппаратура позволяет сделать следующую оценку: в обозримой Вселенной существует около 150 миллиардов галактик, хотя их никто не считал.

Сверхскопления, Великие Стены и космические пустоты

Вы, наверное, думаете, что огромные скопления галактик, размером до 3 миллионов световых лет в поперечнике, — это самые крупные структурные единицы Вселенной. Но исследования дальнего космоса показывают, что большинство или даже все скопления галактик сами группируются в еще более крупные структуры — сверхскопления (superclusters). Они не удерживаются вместе силами гравитации, но и не распадаются. Похоже, они имеют нитевидную и в то же время плоскую форму. Сверхскопление может содержать десятки или сотни скоплений галактик и иметь размер 100–200 миллионов световых лет в длину.

Мы находимся в окраинной части Местного Сверхскопления (Local Supercluster), который иногда называют также Сверхскоплением Девы (Virgo Supercluster), потому что его центр находится рядом со Скоплением галактик Девы.

Похоже, сверхскопления расположены по краям огромных пустых районов Вселенной, называемых космическими пустотами (cosmic voids). Ближайшая из них, Пустота Волопаса (Bootes Void), имеет примерно 3 миллиона световых лет в поперечнике. Большинство галактик расположено по ее контуру, и только очень немногие, главным образом мелкие, находятся внутри нее. Пустоту Волопаса открыл астроном Роберт Киршнер.

Некоторые из самых больших сверхскоплений, или группы сверхскоплений, называются Великими Стенами (Great Walls). Первая открытая такая структура имеет около 750 миллионов световых лет в длину. Но, возможно, другие Великие Стены, находящиеся в далеких глубинах Вселенной, еще больше. Насколько известно астрономам, на Великих Стенах нет никаких Великих Надписей. Но если мы поймем их язык, они смогут многое рассказать нам о происхождении крупных космических структур и о начальных этапах развития Вселенной.

Изображения галактик в Web

Этот раздел завершает наш краткий обзор некоторых великолепных объектов Млечного Пути, а также других объектов за его пределами (включая Большое Магелланово Облако).

Панорамные карты галактической плоскости Млечного Пути, полученные с помощью радиотелескопов и спутников, можно увидеть на Web-сайте NASA по адресу adc.gsfc.nasa.gov/mw/milkyway.html.

Одни из самых лучших цветных изображений туманностей изо всех, которые когда-либо были сделаны, можно найти на трех различных Web-страницах Научного института космического телескопа (Space Telescope Science Institute).

Коллекция изображений туманностей (oposite.stsci.edu/pubinfo/nebulae.html).

Галерея изображений планетарных туманностей (oposite.stsci.edu/pubinfо/pr/97/pn).

Страницы галереи (Gallery Pages) проекта «Наследие Хаббла» (Hubble Heritage), с прекрасными изображениями галактик и других объектов (heritage.stsci.edu/public/gallery/galindex.html).