Люди с древних времен интересовались возрастом Вселенной. И хотя у нее нельзя спросить паспорт, чтобы посмотреть дату рождения, современная наука смогла ответить на этот вопрос. Правда, лишь совсем недавно.

Паспорт Вселенной Астрономы детально изучили раннюю биографию Вселенной. Но относительно ее точного возраста у них были сомнения, которые удалось развеять только в последние пару десятков лет

Алексей Левин

Мудрецы Вавилона и Греции считали мироздание вечным и неизменным, а индуистские хронисты в 150 году до н.э. определили, что ему в точности 1 972 949 091 год (кстати, по порядку величины они не сильно ошиблись!). В 1642 году английский теолог Джон Лайтфут путем скрупулезного анализа библейских текстов вычислил, что сотворение мира пришлось на 3929 год до н.э.; спустя несколько лет ирландский епископ Джеймс Ашер передвинул его на 4004 год. Основатели современной науки Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон тоже не прошли мимо этой темы. Хотя они апеллировали не только к Библии, но и к астрономии, их результаты оказались похожими на вычисления богословов — 3993 и 3988 годы до н.э. В наше просвещенное время возраст Вселенной определяют иными способами. Чтобы увидеть их в исторической проекции, поначалу взглянем на собственную планету и ее космическое окружение.

Астрономы детально изучили раннюю биографию Вселенной. Но относительно ее точного возраста у них были сомнения, которые удалось развеять только в последние пару десятков лет.

Гадание по камням

Со второй половины XVIII века ученые начали оценивать возраст Земли и Солнца на основе физических моделей. Так, в 1787 году французский натуралист Жорж-Луи Леклерк пришел к выводу, что, если бы наша планета при рождении была шаром из расплавленного железа, ей нужно было бы от 75 до 168 тысяч лет, чтобы остыть до нынешней температуры. Через 108 лет ирландский математик и инженер Джон Перри заново просчитал тепловую историю Земли и определил ее возраст в 2−3 млрд лет. В самом начале XX столетия лорд Кельвин пришел к выводу, что если Солнце постепенно сжимается и светит исключительно за счет высвобождения гравитационной энергии, то его возраст (и, следовательно, максимальный возраст Земли и остальных планет) может составить несколько сотен миллионов лет. Но в то время геологи не смогли ни подтвердить, ни опровергнуть эти оценки из-за отсутствия надежных методов геохронологии.

В середине первого десятилетия ХХ века Эрнест Резерфорд и американский химик Бертрам Болтвуд разработали основы радиометрической датировки земных пород, которая показала, что Перри был много ближе к истине. В 1920-х были найдены образцы минералов, чей радиометрический возраст приближался к 2 млрд лет. Позднее геологи не раз повышали эту величину, и к настоящему времени она выросла более чем вдвое — до 4,4 млрд. Дополнительные данные предоставляет исследование «небесных камней» — метеоритов. Почти все радиометрические оценки их возраста укладываются в интервал 4,4−4,6 млрд лет.

Современная гелиосейсмология позволяет непосредственно определить и возраст Солнца, который, по последним данным, составляет 4,56 — 4,58 млрд лет. Поскольку продолжительность гравитационной конденсации протосолнечного облака исчислялась всего лишь миллионами лет, можно уверенно утверждать, что от начала этого процесса до наших дней прошло не более 4,6 млрд лет. При этом солнечное вещество содержит множество элементов тяжелее гелия, которые образовались в термоядерных топках массивных звезд прежних поколений, выгоревших и взорвавшихся сверхновыми. Это означает, что протяженность существования Вселенной сильно превышает возраст Солнечной системы. Чтобы определить меру этого превышения, нужно выйти сначала в нашу Галактику, а затем и за ее пределы.

Следуя за белыми карликами

Время жизни нашей Галактики можно определять разными способами, но мы ограничимся двумя самыми надежными. Первый метод основан на мониторинге свечения белых карликов. Эти компактные (примерно с Землю величиной) и изначально очень горячие небесные тела представляют собой конечную стадию жизни практически всех звезд за исключением самых массивных. Для превращения в белый карлик звезда должна полностью сжечь все свое термоядерное топливо и претерпеть несколько катаклизмов — например, на какое-то время стать красным гигантом.

Природные часы

Согласно радиометрической датировке, самыми старыми породами на Земле сейчас считаются серые гнейсы побережья Большого Невольничьего озера на северо-западе Канады — их возраст определен в 4,03 миллиарда лет. Еще раньше (4,4 миллиарда лет назад) кристаллизовались мельчайшие зерна минерала циркона, природного силиката циркония, найденные в гнейсах на западе Австралии. А раз в те времена уже существовала земная кора, наша планета должна быть несколько старше.
Что касается метеоритов, наиболее точную информацию дает датировка кальциево-алюминиевых вкраплений в веществе каменноугольных хондритовых метеоритов, которое практически не изменилось после его формирования из газо-пылевого облака, окружавшего новорожденное Солнце. Радиометрический возраст подобных структур в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Павлодарской области Казахстана, составляет 4 миллиарда 567 миллионов лет.

Типичный белый карлик почти полностью состоит из ионов углерода и кислорода, погруженных в вырожденный электронный газ, и имеет тонкую атмосферу, в составе которой доминируют водород или гелий. Его поверхностная температура составляет от 8 000 до 40 000 К, в то время как центральная зона нагрета до миллионов и даже десятков миллионов градусов. Согласно теоретическим моделям, могут также рождаться карлики, состоящие преимущественно из кислорода, неона и магния (в которые при определенных условиях превращаются звезды с массой от 8 до 10,5 или даже до 12 солнечных масс), однако их существование еще не доказано. Теория также утверждает, что звезды, как минимум вдвое уступающие Солнцу по массе, заканчивают жизнь в виде гелиевых белых карликов. Такие звезды очень многочисленны, однако они сжигают водород крайне медленно и посему живут многие десятки и сотни миллионов лет. Пока что им просто не хватило времени, чтоб исчерпать водородное горючее (очень немногочисленные гелиевые карлики, обнаруженные к настоящему времени, обитают в двойных системах и возникли совсем другим путем).

Коль скоро белый карлик не может поддерживать реакции термоядерного синтеза, он светит за счет накопленной энергии и потому медленно остывает. Темпы этого охлаждения можно вычислить и на этой основе определить время, потребное для снижения температуры поверхности от первоначальной (для типичного карлика это примерно 150 000 К) до наблюдаемой. Поскольку нас интересует возраст Галактики, следует искать самые долгоживущие, а потому и самые холодные белые карлики. Современные телескопы позволяют обнаружить внутригалактические карлики с температурой поверхности менее 4000 К, светимость которых в 30 000 раз уступает солнечной. Пока они не найдены — либо их нет вообще, либо очень мало. Отсюда следует, что наша Галактика не может быть старше 15 млрд лет, иначе они бы присутствовали в заметных количествах.

Для датирования горных пород используется анализ содержания в них продуктов распада различных радиоактивных изотопов. В зависимости от типа пород и сроков датирования используются различные пары изотопов.

Это верхняя граница возраста. А что можно сказать о нижней? Самые холодные из ныне известных белых карликов были зарегистрированы космическим телескопом «Хаббл» в 2002 и 2007 годах. Вычисления показали, что их возраст составляет 11,5 — 12 млрд лет. К этому еще нужно добавить возраст звезд-предшественниц (от полумиллиарда до миллиарда лет). Отсюда следует, что Млечный Путь никак не моложе 13 млрд лет. Так что окончательная оценка его возраста, полученная на основе наблюдения белых карликов, — примерно 13 — 15 млрд лет.

Шаровые свидетельства

Второй метод основан на исследовании шарообразных звездных скоплений, находящихся в периферийной зоне Млечного Пути и обращающихся вокруг его ядра. Они содержат от сотен тысяч до более чем миллиона звезд, связанных взаимным притяжением.

Шаровые скопления имеются практически во всех крупных галактиках, причем их количество порой достигает многих тысяч. Новые звезды там практически не рождаются, зато пожилые светила присутствуют в избытке. В нашей Галактике зарегистрировано около 160 таких шаровых скоплений, и, возможно, будут открыты еще два-три десятка. Механизмы их формирования не вполне ясны, однако, вероятнее всего, многие из них возникли вскоре после рождения самой Галактики. Поэтому датировка формирования древнейших шаровых скоплений позволяет установить и нижнюю границу галактического возраста.

Такая датировка весьма сложна технически, но в основе ее лежит очень простая идея. Все звезды скопления (от сверхмассивных до самых легких) образуются из одного итого же газового облака и потому рождаются практически одновременно. С течением времени они выжигают основные запасы водорода — одни раньше, другие позже. На этой стадии звезда покидает главную последовательность и претерпевает серию превращений, которые завершаются либо полным гравитационным коллапсом (за которым следует формирование нейтронной звезды или черной дыры), либо возникновением белого карлика. Поэтому изучение состава шарового скопления позволяет достаточно точно определить его возраст. Для надежной статистики число изученных скоплений должно составить не менее нескольких десятков.

Такую работу три года назад выполнила команда астрономов, пользовавшихся камерой ACS (Advanvced Camera for Survey) космического телескопа «Хаббл». Мониторинг 41 шарового скопления нашей Галактики показал, что их средний возраст составляет 12,8 млрд лет. Рекордсменами оказались скопления NGC 6937 и NGC 6752, удаленные от Солнца на 7200 и 13 000 световых лет. Они почти наверняка не моложе 13 млрд лет, причем наиболее вероятное время жизни второго скопления -13,4 млрд лет (правда, с погрешностью плюс-минус миллиард).

Звезды массы порядка солнечной по мере исчерпания запасов водорода разбухают и переходят в категорию красных карликов, после чего их гелиевое ядро при сжатии разогревается и начинается горение гелия. Через некоторое время звезда сбрасывают оболочку, образуя планетарную туманность, а потом переходит в категорию белых карликов и далее остывает.

Однако же наша Галактика должна быть постарше своих скоплений. Ее первые сверхмассивные звезды взрывались сверхновыми и выбрасывали в космос ядра многих элементов, в частности, ядра стабильного изотопа бериллия-бериллия-9. Когда начали формироваться шаровые скопления, их новорожденные звезды уже содержали бериллий, причем тем больше, чем позже они возникли. По содержанию бериллия в их атмосферах можно выяснить, насколько скопления моложе Галактики. Как свидетельствуют данные по скоплению NGC 6937, эта разница составляет 200 — 300 млн лет. Так что без большой натяжки можно сказать, что возраст Млечного Пути превышает 13 млрд лет и, возможно, достигает 13,3 — 13,4 млрд. Это практически такая же оценка, как и сделанная на основании наблюдения белых карликов, но получена она совершенно иным способом.

Закон Хаббла

Научная постановка вопроса о возрасте Вселенной стала возможной лишь в начале второй четверти прошлого века. В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл и его ассистент Милтон Хьюмасон занялись уточнением расстояний до десятков туманностей за пределами Млечного Пути, которые лишь несколькими годами ранее стали считать самостоятельными галактиками.

Эти галактики удаляются от Солнца с радиальными скоростями, которые были измерены по величине красного смещения их спектров. Хотя дистанции до большинства таких галактик удалось определить с большой погрешностью, Хаббл все же выяснил, что они примерно пропорциональны радиальным скоростям, о чем и написал в статье, опубликованной в начале 1929 года. Два года спустя Хаббл и Хьюмасон подтвердили этот вывод на основании результатов наблюдений других галактик — некоторые из них отдалены более чем на 100 млн световых лет.

Эти данные легли в основу прославленной формулы v=H0d, известной как закон Хаббла. Здесь v — радиальная скорость галактики по отношению к Земле, d — расстояние, H0 — коэффициент пропорциональности, чья размерность, как легко видеть, обратна размерности времени (раньше его называли постоянной Хаббла, что неверно, поскольку в предшествующие эпохи величина H0 была иной, чем в наше время). Сам Хаббл и еще многие астрономы долгое время отказывались от предположений о физическом смысле этого параметра. Однако Жорж Леметр еще в 1927 году показал, что общая теория относительности позволяет интерпретировать разлет галактик как свидетельство расширения Вселенной. Четырьмя годами позже он имел смелость довести этот вывод до логического конца, выдвинув гипотезу, что Вселенная возникла из практически точечного зародыша, который он, за неимением лучшего термина, назвал атомом. Этот первородный атом мог пребывать в статичном состоянии любое время вплоть до бесконечности, однако его «взрыв» породил расширяющееся пространство, заполненное материей и излучением, которое за конечное время дало начало нынешней Вселенной. Уже в своей первой статье Леметр вывел полный аналог хаббловской формулы и, располагая известными к тому времени данными о скоростях и дистанциях ряда галактик, получил примерно такое же значение коэффициента пропорциональности между дистанциями и скоростями, что и Хаббл. Однако его статья была напечатана на французском языке в малоизвестном бельгийском журнале и поначалу осталась незамеченной. Большинству астрономов она стала известна лишь в 1931 году после публикации ее английского перевода.

Эволюция Вселенной определяется начальной скоростью ее расширения, а также воздействием гравитации (в том числе темной материи) и антигравитации (темной энергии). В зависимости от соотношения между этим факторами график размера Вселенной имеет разную форму и в будущем, и в прошлом, что влияет на оценку ее возраста. Текущие наблюдения показывают, что Вселенная расширяется экспоненциально (красный график).

Хаббловское время

Из этой работы Леметра и более поздних трудов как самого Хаббла, так и других космологов прямо следовало, что возраст Вселенной (естественно, отсчитанный от начального момента ее расширения) зависит от величины 1/H0, которую теперь называют хаббловским временем. Характер этой зависимости определяется конкретной моделью мироздания. Если считать, что мы живем в плоской Вселенной, заполненной гравитирующим веществом и излучением, то для вычисления ее возраста 1/H0 надо умножить на 2/3.

Тут-то и возникла загвоздка. Из измерений Хаббла и Хьюмасона вытекало, что численная величина 1/H0 приблизительно равна 1,8 млрд лет. Отсюда следовало, что Вселенная родилась 1,2 млрд лет назад, что явно противоречило даже сильно заниженным в то время оценкам возраста Земли. Из этого затруднения можно было выпутаться, предположив, что галактики разлетаются медленнее, чем считал Хаббл. Со временем это допущение подтвердилось, но проблемы так и не решило. Согласно данным, полученным к концу прошлого века с помощью оптической астрономии, 1/H0 составляет от 13 до 15 млрд лет. Так что расхождение все же оставалось, поскольку пространство Вселенной как считалось, так и считается плоским, а две трети хаббловского времени сильно меньше даже самых скромных оценок возраста Галактики.

Пустой мир

Согласно последним измерениям параметра Хаббла нижняя граница хаббловского времени составляет 13,5 миллиардов лет, а верхняя — 14 миллиардов. Получается, что нынешний возраст Вселенной примерно равен нынешнему хаббловскому времени. Такое равенство должно строго и неизменно соблюдаться для абсолютно пустой Вселенной, где нет ни гравитируюшей материи, ни антигравитирующих полей. Но ведь в нашем мире хватает и того, и другого. Дело в том, что пространство сначала расширялось с замедлением, потом скорость его расширения стала расти, и в нынешнюю эпоху эти противоположные тенденции почти скомпенсировали друг друга.

В общем виде это противоречие было устранено в 1998 — 1999 годах, когда две команды астрономов доказали, что последние 5 — 6 млрд лет космическое пространство расширяется не с падающей, а возрастающей скоростью. Это ускорение обычно объясняют тем, что в нашей Вселенной растет влияние антигравитационного фактора, так называемой темной энергии, плотность которой не изменяется со временем. Поскольку плотность гравитирующей материи падает по мере расширения Космоса, темная энергия все успешней конкурирует с тяготением. Продолжительность существования Вселенной с антигравитационной компонентой вовсе не обязана быть равной двум третям хаббловского времени. Поэтому открытие ускоряющегося расширения Вселенной (отмеченное в 2011 году Нобелевской премией) позволило устранить расстыковку между космологическими и астрономическими оценками времени ее жизни. Оно также стало прелюдией к разработке нового метода датировки ее рождения.

Космические ритмы

30 июня 2001 года NASA отправило в космос зонд Explorer 80, через два года переименованный в WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Его аппаратура позволила регистрировать температурные флуктуации микроволнового реликтового излучения с угловым разрешением менее трех десятых градуса. Тогда уже было известно, что спектр этого излучения почти полностью совпадает со спектром идеального черного тела, нагретого до 2,725 К, а колебания его температуры при «крупнозернистых» измерениях с угловым разрешением в 10 градусов не превышают 0,000036 К. Однако на «мелкозернистой» шкале зонда WMAP амплитуды таких флуктуаций были в шесть раз больше (около 0,0002 К). Реликтовое излучение оказалось пятнистым, тесно испещренным чуть более и чуть менее нагретыми участками.

Флуктуации реликтового излучения порождены колебаниями плотности электронно-фотонного газа, который некогда заполнял космическое пространство. Она упала почти до нуля приблизительно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда практически все свободные электроны соединились с ядрами водорода, гелия и лития и тем самым положили начало нейтральным атомам. Пока этого не произошло, в электронно-фотонном газе распространялись звуковые волны, на которые влияли гравитационные поля частиц темной материи. Эти волны, или, как говорят астрофизики, акустические осцилляции, наложили отпечаток на спектр реликтового излучения. Этот спектр можно расшифровать при помощи теоретического аппарата космологии и магнитной гидродинамики, что дает возможность по‑новому оценить возраст Вселенной. Как показывают новейшие вычисления, его наиболее вероятная протяженность составляет 13,72 млрд лет. Она и считается сейчас стандартной оценкой времени жизни Вселенной. Если принять во внимание все возможные неточности, допуски и приближения, можно заключить, что, согласно результатам зонда WMAP, Вселенная существует от 13,5 до 14 млрд лет.

Таким образом, астрономы, оценивая возраст Вселенной тремя различными способами, получили вполне совместимые результаты. Поэтому теперь мы знаем (или, выражаясь осторожней, думаем, что знаем), когда возникло наше мироздание — во всяком случае, с точностью до нескольких сотен миллионов лет. Вероятно, потомки внесут решение этой вековой загадки в перечень самых замечательных достижений астрономии и астрофизики.

> > > Сколько звезд в Млечном Пути

Сколько звезд на территории галактики Млечный Путь : как определить количество, исследование телескопа Хаббл, структура спиральной галактики, методы наблюдения.

Если у вас есть возможность любоваться темным небом, тогда перед вами открывается невероятная звездная коллекция. Из любого места доступно для обзора 2500 звезд Млечного Пути без использования техники и 5800-8000, если под рукою припрятан бинокль или телескоп. Но это лишь малая часть их количества. Так, сколько звезд в галактике Млечный Путь ?

Ученые полагают, что общее число звезд в Млечном Пути колеблется от 100-400 миллиардов, хотя находятся и те, кто поднимает отметку до триллиона. Откуда такие различия? Дело в том, что нам открыт обзор изнутри и есть места, скрытые от земной зоны видимости.

Галактическая структура и её влияние на количество звезд

Начнем с того, что Солнечная система расположена в галактическом диске спирального типа, с протяжностью в 100000 световых лет. Мы отдалены от центра на 30000 световых лет. То есть, между нами и противоположной стороной находится огромная пропасть.

Дальше возникает еще одна сложность наблюдения. Одни звезды ярче других и порой их свет затмевает соседей. Наиболее отдаленные звезды, доступные невооруженным глазом, расположены на дистанции в 1000 световых лет. Млечный Путь переполнен ослепительными огнями, но многие из них скрываются за газовой и пылевой дымкой. Именно этот вытянутый след называют «молочным».

Наблюдению открыты звезды в нашем галактическом «районе». Представьте, что вы попали на вечеринку в помещение, где вся площадь забита людьми. Вы стоите в одном углу и вас просят назвать точное количество присутствующих. Но это не все. Один из гостей включает дымовую машину, и вся комната заполняется густым туманом, закрывая от вас всех, кто стоит дальше. А теперь считайте!

Методы визуализации количества звезд

Но паниковать не стоит, ведь всегда есть лазейки. Инфракрасные камеры позволяют пробраться сквозь пыль и дым. Среди подобных проектов можно вспомнить телескоп Спитцер, COBE, WISE и Германская космическая обсерватория.

Все они появились в последний десяток лет, чтобы изучить пространство в инфракрасных длинах волн. Это помогает отыскать скрытые звезды. Но и это не позволяет увидеть всего, поэтому ученые вынуждены производить расчеты и выдвигать предположительные цифры. Наблюдения начинаются со звездных орбит на галактическом диске. Благодаря этому вычисляется орбитальная скорость и период вращения (движения) Млечного Пути.

Выводы о том сколько звезд в Млечном Пути

На одно вращение вокруг галактического центра у Солнечной системы уходит 225-250 миллионов лет. То есть, скорость галактики – 600 км/с.

Далее определяется масса (гало темной материи – 90%) и высчитывается средняя масса (изучают массы и типы звезд). В итоге выходит, что средняя оценка количества звезд галактики Млечный Путь – 200-400 миллиардов небесных тел.

Будущие технологии позволят отыскать каждую звезду. Или же зонды смогут достигать невероятных расстояний и снимут галактику с «севера» – над центром. А пока мы можем полагаться только на математические расчеты.

Солнечная система расположена в Галактике, которую иногда называют Млечный Путь. Астрономы договорились писать «нашу» Галактику с Большой буквы, а другие галактики, вне нашей звёздной системы — с маленькой буквы — галактики.

М31 — Туманность Андромеды

Все звёзды и другие объекты, которые мы видим невооружённым глазом, относятся к нашей Галактике. Исключением является Туманность Андромеды, которая является близкой родственницей и соседкой нашей Галактики. Именно наблюдая эту галактику, Эдвин Хаббл (в честь которого назван космический телескоп) смог «разрешить» её на отдельные звёзды в 1924 году. После чего отпали все сомнения по поводу физической природы этой и других галактик, наблюдаемых в виде размытых пятнышек — туманностей.

Наша Галактика имеет размер порядка 100-120 тысяч световых лет (световой год — расстояние, которое проходит свет за один земной год, примерно 9 460 730 472 580 км). Наша Солнечная система находится примерно в 27 000 световых годах от центра Галактики, в одном из спиральных рукавов, который называется «рукав Ориона». С середины 80-х годов XX века известно, что наша Галактика имеет перемычку в центре между спиральными рукавами. Как и другие звёзды, Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 240 км/с (у других звёзд другая скорость). За период порядка 200 млн. лет Солнце и планеты солнечной системы совершают полный оборот вокруг центра галактики. Этим объясняются некоторые феномены в геологической истории Земли, которая за время своего существования успела 30 раз обернуться вокруг центра Галактики.

Наша Галактика имеет форму сплющенного диска, если смотреть на неё сбоку. Однако, этот диск имеет неправильную форму. Два спутника нашей Галактики, Большое и Малое Магеллановы облака (в северном полушарии Земли не видны) действием своей гравитации искажают форму нашей Галактики.

Мы видим нашу Галактику изнутри, как если бы мы наблюдали детскую карусель, находясь на одной из карусельных лошадок. Те звёзды Галактики, которые мы можем наблюдать, располагаются в виде полосы неодинаковой ширины, которую мы называем Млечный путь. То, что Млечный Путь, известный ещё с древности, состоит из множества слабых звёзд, открыл в 1610 году Галилео Галилей, наведя свой телескоп на ночное небо.

Астрономы полагают, что наша Галактика имеет гало, которое мы не видим («тёмная материя»), но, которое включает в себя 90% массы нашей Галактики. Существование «тёмной материи» не только в нашей Галактике, но и во Вселенной следует из теорий, которые используют Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейна. Однако, ещё не факт, что ОТО верна (есть и другие теории гравитации), поэтому у Галактического гало может быть и другое объяснение.

В нашей Галактике находится от 200 до 400 миллиардов звёзд. Это не много по меркам Вселенной. Есть галактики, содержащие триллионы звёзд, например, в галактике IC 1101 их примерно 300 триллионов.

10-15 % массы нашей Галактики составляет пыль и рассеянный межзвёздный газ (в основном, водород). Из-за пыли мы видим нашу Галактику на ночном небе, как Млечный Путь в виде светлой полосы. Если бы пыль не поглощала свет от других звёзд Галактики, мы бы видели яркое кольцо из миллиардов звёзд, особенно яркое в созвездии Стрельца, где находится центр Галактики. Однако, в других диапазонах электромагнитных волн ядро Галактики видно прекрасно, например, в радиодиапазоне (источник Стрелец А), инфракрасном и рентгеновском.

По предположениям учёных (опять же, связанных с ОТО) в центре нашей Галактики (и большинства других галактик) находится «чёрная дыра». Считается, что её масса примерно 40 000 масс Солнца. Движение вещества Галактики к её центру и создаёт то мощнейшее излучение из центра Галактики, которое наблюдают астрономы в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Мы не можем видеть Галактику сверху или сбоку, поскольку находимся внутри неё. Все изображения нашей Галактики со стороны — фантазия художников. Однако, мы достаточно хорошо представляем вид и форму Галактики, поскольку можем наблюдать другие спиральные галактики во Вселенной, похожие на нашу.

Возраст Галактики составляет примерно 13,6 миллиардов лет, что не намного меньше возраста всей Вселенной (13,7 млрд. лет) по оценкам учёных. Самые старые звёзды галактики находятся в шаровых скоплениях, именно по их возрасту вычисляют возраст Галактики.

Наша Галактика является частью более крупного объединения других галактик, называемого нами Местная группа галактик, куда входят спутники Галактики Большое и Малое Магеллановы облака, Туманность Андромеды (М 31, NGC 224), галактика в Треугольнике (М33, NGC598) и ещё примерно 50 других галактик. В свою очередь Местная группа галактик входит в Сверхскопление Девы, которое имеет размер 150 миллионов световых лет.

Мы привыкли, что Млечный путь - это скопление звезд на небе, по которому ориентировались наши предки. Но на самом деле, это больше, чем обычные ночные светила - это огромный и неизведанный мир.

Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет

А вам уже исполнилось 18?

Строение галактики Млечный Путь

Иногда кажется невероятным то, насколько динамично развивается космическая наука. Сложно себе представить, но 4 века назад даже утверждение о том, что Земля кружится вокруг Солнца, вызывало осуждение и неприятие в обществе. Суждения об этих и других космических явлениях могли привести не только к тюремному заключению, но и к смерти. К счастью, времена изменились, и изучение Вселенной давно стало приоритетным направлением в науке. Особенно важны в этом плане исследования Млечного Пути — галактики из тысяч звезд, одна из которых — наше Солнце.

Изучение строения галактики и ее развития помогает ответить на главные вопросы, которые интересуют человечество с начала времен. Это такие сакраментальные загадки о том, как возникла Солнечная система, какие факторы способствовали появлению жизни на Земле, и существует ли жизнь на других планетах.

О том, что галактика Млечный Путь — это огромный рукав бесконечной звездной системы стало известно сравнительно недавно — чуть более полувека назад. Строение нашей галактики схоже с колоссального размера спиралью, в которой наша Солнечная система находится где-то на периферии. Сбоку же она имеет вид гигантской лупы с двусторонне выпуклым центром с короной.

Что же такое галактика Млечный Путь? Это миллиарды звезд и планет, которые соединены между собой неким алгоритмом строения Вселенной. Кроме звезд в Млечном Пути имеется межзвездный газ, галактическая пыль и звездные шаровые скопления.

Диск нашей галактики постоянно вращается вокруг центральной части, которая находится в созвездии Стрельца. Для того чтобы Млечный Путь сделал один полный оборот вокруг своей оси нужно 220 миллионов лет (и это при том, что вращение происходит со скоростью 250 километров в секунду). Таким образом, все звезды нашей галактики движутся в едином порыве на протяжении многих лет и наша Солнечная система вместе с ними. Что же заставляет их вращаться вокруг ядра с поистине бешеной скоростью? Ученые предполагают, что и колоссальный вес центра, и практически непостижимое количество энергии (оно может превышать размер в 150 млн солнц).

Почему же мы не видим ни спиралей, ни гигантского ядра, почему не чувствуем этого вселенского вращения? Дело в том, что мы находимся в рукаве этой спиральной Вселенной, и бешеный ритм ее жизни воспринимается нами буднично.

Конечно же, найдутся скептики, которые будут отрицать такое строение нашей галактики, мотивируя это тем, что точного снимка галактического диска нет (да и быть не может). Дело в том, что Вселенная отнюдь не ограничивается галактикой Млечный Путь и в космосе есть куча таких же образований. Они очень похожи на нашу галактику по структуре — это те же диски с центром, вокруг которого вращаются звезды. То есть за пределами нашего Млечного Пути существуют миллиарды систем, схожих с Солнечной.

Ближайшая к нам галактика — это Большое и Малое Магеллановы Облака. Их можно увидеть практически невооруженным глазом в Южном полушарии. Эти две небольшие светящиеся точки, похожие на облака, впервые описал великий путешественник, от имени которого и произошли названия космических объектов. Диаметр Магеллановых Облаков сравнительно невелик — это меньше половины Млечного Пути. Да и звездных систем в Облаках намного меньше.

То ли дело Туманность Андромеды. Это еще одна галактика спиралевидной формы, которая по виду и по составу очень похожа на Млечный Путь. Ее размеры поражают — она по самым скромным подсчетам раза в три больше нашего Пути. И число таких исполинских галактик во Вселенной уже давно перевалило за миллиард — это только то, что мы можем увидеть на данном этапе развития астрономии. Вполне возможно, что спустя несколько лет нам станет известна еще одна, ранее незамеченная галактика.

Характеристики Млечного Пути

Как говорилось ранее, Млечный Путь — это скопление миллионов звезд со своими собственными системами, схожими с Солнечной. Сколько всего планет существует в нашей галактике — самая настоящая загадка, над решением которой бьется уже не одно поколение астрономов. Хотя, если честно, их больше волнует другой вопрос — какова вероятность того, что в пределах нашей галактики существует звездная система, характеристики которой схожи с нашей? Особенно ученых интересуют звезды, имеющие схожую с Солнцем скорость вращения и технические характеристики, а также занимающие наше место в масштабе галактики. Все потому, что на планетах, имеющих приблизительный возраст и условия нашей Земли, существует высокая вероятность наличия разумной жизни.

К сожалению, попытки ученых найти в рукавах галактики хоть что-то схожее с Солнечной системой не увенчались успехом. И это, пожалуй, к лучшему. Еще неизвестно, кто или что может ждать нас в незнакомом созвездии.

Черная Дыра — убийца планет или создатель галактик?

В конце своей жизни звезда сбрасывает газовую оболочку, а ее ядро начинает очень быстро сжиматься. При условии, что масса светила достаточно большая (в 1,4 раза больше Солнца), на его месте образуется Черная Дыра. Это объект с критической скоростью, которую не может преодолеть ни один предмет. В итоге, что попадает в Черную Дыру, исчезает в ней навсегда. То есть, по сути, этот космический элемент — это билет в один конец. Любой объект, который подойдет к Дыре достаточно близко, исчезнет навсегда.

Печально, не правда ли? Но в Черной Дыре есть и положительный момент — благодаря ей постепенно подтягиваются различные космические объекты и формируются новые галактики. Получается, что ядром каждой из известных звездных систем служит Черная Дыра.

Почему наша галактика называется Млечный Путь?

У каждого народа существуют свои легенды о том, как образовалась видимая часть Млечного Пути. К примеру, древние греки считали, что она образовалась из пролитого молока богини Геры. А вот в Месопотамии было сказание о реке из того же напитка. Таким образом, большое скопление звезд ассоциировалось у многих народов именно с молоком, благодаря чему наша галактика получила свое название.

Сколько звезд в Млечном Пути?

Точно подсчитать количество звезд в нашей галактике достаточно затруднительно, ведь говорят, что их больше 200 млрд. Как вы понимаете, изучить их все при современном развитии науки очень проблематично, поэтому ученые обращают свое внимание только на самых интересных представителей этих космических объектов. Взять хотя бы альфа звезду из созвездия Карины (Киль). Это звезда супергигант, которая долгое время носила титул самой большой и яркой.

Солнце — также одна из звезд Млечного Пути, которая, однако, не имеет никаких выдающихся характеристик. Это небольшой желтый карлик, который прославился лишь тем, что на протяжении миллионов лет является источником жизни на нашей планете.

Астрономы со всего мира давно уже составили списки звезд, которые отличаются выдающеюся массой или яркостью. Но это совсем не значит, что каждая из них получила собственное имя. Обычно названия звезд состоят из букв, цифр и названий созвездий, к которым они относятся. Так, самая яркая звезда Млечного Пути обозначается на астрономических картах как R136a1, причем R136 — это ничто иное, как название туманности, из которой она родом. Эта звезда обладает непередаваемой мощью, которую невозможно ни с чем сравнить. R136a1 светит в 8,7 миллионов раз ярче, чем наше Солнце, а поэтому возле нее очень трудно представить хоть какую-то жизнь.

Но колоссальная мощь совсем не значит, что R136a1 имеет внушительные размеры. Список самых крупных звезд возглавляет UY Щита, которая в 1,7 тыс. раз превышает размеры нашего светила. То есть, если бы вместо Солнца была эта звезда, то она заняла бы все место от центра нашей системы до Сатурна.

Хотя какими большими и мощными не были бы эти звезды, суммарное число их массы не сравнится с массой Черной дыры, которая находится в центре галактики. Именно ее колоссальная энергия держит Млечный Путь, заставляя ее двигаться в определенном порядке.

Наша галактика — это не просто россыпь звезд на ночном небе. Это огромная система, которая состоит из сотен миллиардов звезд, среди которых есть и наше Солнце.

Звездное небо издревле притягивало взгляды людей. Лучшие умы всех народов пытались осмыслить наше место во Вселенной, вообразить и обосновать ее устройство. Научный прогресс позволил перейти в деле изучения бескрайних просторов космоса от романтических и религиозных построений к логически выверенным теориям, базирующимся на многочисленном фактическом материале. Теперь любой школьник имеет представление о том, как выглядит наша Галактика согласно последним исследованиям, кто, почему и когда дал ей столь поэтичное название и каково ее предполагаемое будущее.

Происхождение названия

Выражение «галактика Млечный Путь», по сути, тавтология. Galactikos в примерном переводе с древнегреческого означает «молочный». Так жители Пелопоннеса звали скопление звезд в ночном небе, приписывая его происхождение вспыльчивой Гере: богиня не пожелала кормить Геракла, внебрачного сына Зевса, и в гневе разбрызгала грудное молоко. Капли и образовали звездную дорожку, видную в ясные ночи. Спустя столетия ученые открыли, что наблюдаемые светила — лишь ничтожная часть существующих небесных тел. Пространству Вселенной, в котором находится и наша планета, они дали название Галактика или система Млечный Путь. После подтверждения предположения о существовании и других схожих формирований в космосе первый термин стал для них универсальным.

Взгляд изнутри

Научные познания о структуре части Вселенной, включающей Солнечную систему, мало что взяли у древних греков. Понимание того, как выглядит наша Галактика, прошло эволюцию от сферического мироздания Аристотеля до современных теорий, в которых есть место черным дырам и темной материи.

Тот факт, что Земля — элемент системы Млечный Путь, накладывает определенные ограничения на тех, кто пытается выяснить, какую форму имеет наша Галактика. Для однозначного ответа на этот вопрос необходим взгляд со стороны, причем на большом расстоянии от объекта наблюдения. Сейчас наука лишена такой возможности. Своеобразным заменителем стороннего наблюдателя становится сбор данных о структуре Галактики и соотнесение их с параметрами других космических систем, доступных для изучения.

Собранные сведения позволяют с уверенностью говорить, что наша Галактика имеет форму диска с утолщением (балджем) в середине и расходящимися от центра спиральными рукавами. Последние содержат наиболее яркие звезды системы. Диаметр диска составляет более 100 тысяч световых лет.

Структура

Центр Галактики скрыт межзвездной пылью, затрудняющей изучение системы. Справиться с проблемой помогают методы радиоастрономии. Волны определенной длины легко преодолевают любые препятствия и позволяют получить столь желанное изображение. Наша Галактика, по полученным данным, имеет неоднородную структуру.

Условно можно выделить два связанных друг с другом элемента: гало и собственно диск. Первая подсистема обладает следующими характеристиками:

• по форме это сфера;

• центром ее считается балдж;
• наибольшая концентрация звезд в гало характерна для его срединной части, с приближением к краям плотность сильно уменьшается;
• вращение этой зоны галактики довольно медленное;
• в гало в основном встречаются старые звезды с относительно небольшой массой;
• значительное пространство подсистемы заполнено темной материей.

Галактический диск по плотности звезд сильно превышает гало. В рукавах встречаются молодые и даже только формирующиеся

Центр и ядро

«Сердце» Млечного Пути находится в Без его изучения тяжело понять до конца, какова наша Галактика. Название «ядро» в научных трудах либо относится только к центральной области диаметром всего несколько парсек, либо включает в себя балдж и газовое кольцо, считающееся местом зарождения звезд. Далее будет использоваться первый вариант термина.

В центр Млечного Пути с трудом проникает видимый свет: он сталкивается с большим количеством космической пыли, скрывающей то, как выглядит наша Галактика. Фото и изображения, сделанные в инфракрасном диапазоне, значительно расширяют познания астрономов о ядре.

Данные об особенностях излучения в центральной части Галактики натолкнули ученых на мысль, что в сердцевине ядра находится черная дыра. Ее масса более чем в 2,5 млн раз больше массы Солнца. Вокруг этого объекта, по мнению исследователей, вращается еще одна, но менее внушительная по своим параметрам, черная дыра. Современные знания об особенностях структуры космоса позволяют предположить, что подобные объекты находятся в центральной части большинства галактик.

Свет и тьма

Совместное влияние черных дыр на движение звезд вносит свои коррективы в то, как выглядит наша Галактика: оно приводит к специфическим изменениям орбит, нехарактерным для космических тел, например, вблизи Солнечной системы. Изучение этих траекторий и соотношения скоростей движения с удаленностью от центра Галактики легло в основу активно развивающейся сейчас теории о темной материи. Природа ее пока покрыта тайной. Присутствие темной материи, предположительно составляющей подавляющую часть всего вещества во Вселенной, регистрируется лишь по воздействию гравитации как раз на орбиты.

Если рассеять всю космическую пыль, что скрывает от нас ядро, взору откроется поразительна картина. Несмотря на концентрацию темной материи, эта часть Вселенной полна света, излучаемого огромным количеством звезд. На одну единицу пространства их здесь в сотни раз больше, чем вблизи Солнца. Примерно десять миллиардов из них образуют галактический бар, также называемый перемычкой, не совсем обычной формы.

Космический орешек

Изучение центра системы в длинноволновом диапазоне позволило получить подробное инфракрасное изображение. Наша Галактика, как оказалось, в ядре имеет структуру, напоминающую арахис в скорлупе. Этот «орешек» и есть перемычка, включающая в себя более 20 млн красных гигантов (ярких, но менее горячих звезд).

От концов бара расходятся спиральные рукава Млечного Пути.

Работа, связанная с обнаружением «арахиса» в центре звездной системы, не только пролила свет на то, какая наша Галактика по структуре, но и помогла понять, как она развивалась. Изначально в пространстве космоса существовал обычный диск, в котором со временем образовалась перемычка. Под влиянием внутренних процессов бар изменил свою форму и стал походить на орех.

Наш дом на космической карте

Активное происходит как в перемычке, так и в спиральных рукавах, которыми обладает наша Галактика. Название им дали по созвездиям, где были обнаружены участки ответвлений: рукава Персея, Лебедя, Центавра, Стрельца и Ориона. Вблизи последнего (на расстоянии не менее 28 тысяч световых лет от ядра) и находится Солнечная система. Эта область обладает определенными характеристиками, по мнению специалистов, сделавшими возможным возникновение жизни на Земле.

Галактика и наша Солнечная система вместе с ней вращаются. Закономерности движения отдельных составляющих при этом не совпадают. звезд временами то входит в состав спиральных ответвлений, то отделяется от них. Лишь светила, лежащие на границе коротационной окружности, не совершают подобные «путешествия». К ним относится и Солнце, защищенное от мощных процессов, постоянно протекающих в рукавах. Даже незначительное смещение свело бы на нет все остальные преимущества для развития организмов на нашей планете.

Небо в алмазах

Солнце - лишь одно из многих подобных тел, которыми полна наша Галактика. Звезды, одиночные или сгруппированные, общим числом превышают по последним данным 400 млрд. Ближайшая к нам Проксима Центавра входит в систему из трех звезд вместе с чуть более удаленными Альфой Центавра A и Альфой Центавра B. Самая яркая точка ночного неба, Сириус A, находится в Ее светимость по разным данным превышает солнечную в 17-23 раза. Сириус также не одинок, его сопровождает спутник, носящий аналогичное название, но с маркировкой B.

Дети часто начинают знакомиться с тем, как выглядит наша Галактика, с поиска на небе Полярной звезды или Альфы Малой Медведицы. Популярностью своей она обязана положению над Северным полюсом Земли. По светимости Полярная значительно превышает Сириус (почти в две тысячи раз ярче Солнца), но она не может оспаривать права Альфы Большого Пса на звание самой яркой из-за удаленности от Земли (по оценкам от 300 до 465 световых лет).

Типы светил

Звезды отличаются не только светимостью и удаленностью от наблюдателя. Каждой приписывается определенная величина (за единицу берется соответствующий параметр Солнца), степень нагрева поверхности, цвет.

Наиболее внушительными размерами обладают сверхгиганты. Самой большой концентрацией вещества в единице объема отличаются нейтронные звезды. Цветовая характеристика неразрывно связана с температурой:

• красные самые холодные;
• нагрев поверхности до 6 000º, как у Солнца, порождает желтый оттенок;
• белые и голубые светила обладают температурой более 10 000º.

Может меняться и достигать максимума незадолго до ее коллапса. Взрывы сверхновых вносят огромный вклад в понимание, как выглядит наша Галактика. Фото этого процесса, полученные телескопами, поражают.
Собранные на их основе данные помогли восстановить процесс, приведший к вспышке, и спрогнозировать судьбу ряда космических тел.

Будущее Млечного Пути

Наша Галактика и другие галактики постоянно находятся в движении и взаимодействуют. Астрономы установили, что Млечный Путь неоднократно поглощал соседей. Подобные процессы ожидаются и в будущем. Со временем в него войдут Магелланово Облако и еще ряд карликовых систем. Самое же внушительное событие ожидается через 3-5 млрд лет. Это будет столкновение с единственным соседом, который виден с Земли невооруженным глазом. В результате Млечный Путь станет эллиптической галактикой.

Бескрайние просторы космоса поражают воображение. Обывателю трудно осознать масштабность не только Млечного Пути или всей Вселенной, но даже Земли. Однако благодаря достижениям науки мы можем представить себе хотя бы приблизительно, частью какого грандиозного мира являемся.