1. Наша Галактика
Представьте себе, что у вас есть космический корабль со сказочными свойствами, который может лететь сколь угодно долго и с любой скоростью. Предположим, вы полетели со скоростью, во много раз превышающей скорость света. Звезды, мимо которых вы проноситесь, будут оставаться позади, те, к которым вы приближаетесь, будут лететь навстречу, но рано или поздно окажется, что мы будем встречать все меньше и меньше звезд, пока наконец мы не окажемся в беззвездной черноте пространства. Оглянувшись назад, вы бы увидели, что покинули гигантский звездный остров, где одной из бесчисленных звезд затерялось наше Солнце. Этот остров мы и называем нашей Галактикой. Она включает звезды, а также межзвездный газ в самых различных состояниях и много других объектов, которые изучает астрономия. Размеры Галактики превышают сто тысяч световых лет. То, что наш звездный мир конечен, — это одно из важнейших открытий ХХ века. Но это вовсе не значит, что дальше, за пределами нашего звездного острова, больше нет никаких звезд. Наша Галактика — одна из многих. Наблюдаемая Вселенная — это мир галактик. Крупные телескопы сделали потенциально доступными для исследований миллиарды далеких звездных систем.
2. Туманность Андромеды
Первый внегалактический объект был отмечен на карте неба еще в Х веке в Персии астрономом ас-Суфи. Этот ученый оставил большое научное наследство: звездные карты, а также, что очень важно, измеренные координаты около 1000 звезд. Он обратил внимание на то, что в созвездии Андромеды есть маленькое расплывчатое пятнышко, которое похоже на слабосветящееся облачко. Это открытие было никем не замечено, но надо принять во внимание, что тогда астрономией занималась лишь горстка людей. И только когда в XVIII–XIX веках появились крупные телескопы, выяснилось, что едва заметное для глаза пятнышко — это на самом деле довольно большой светящийся объект размером в несколько градусов на небе. Его природу было очень трудно понять, потому что никаких отдельных звезд или других деталей в нем видно не было, и оставалось неизвестным, насколько далеко от нас он находится.
Как выяснилось позже, это ближайшая к нам звездная система, похожая на нашу Галактику, соседняя с нами галактика. Она сопоставима с Галактикой по массе, а по некоторым данным, даже более массивна. Ее название — туманность Андромеды. Внегалактическая природа туманности Андромеды была окончательно доказана только тогда, когда американский астроном Эдвин Хаббл в начале ХХ века, фотографируя ее с помощью крупного телескопа в США, обнаружил на фотонегативе изображения отдельных звезд знакомых типов. И поскольку светимость звезд известна, по их наблюдаемой яркости удалось определить расстояние до этого звездного острова. Оно оказалось многократно больше расстояния до любого объекта нашей собственной Галактики.
3. Магеллановы Облака
Свет идет от туманности Андромеды к нам около двух миллионов лет, хотя это ближайшая к нам спиральная галактика. Однако есть две галактики, находящиеся значительно ближе к нам, и они хорошо заметны невооруженным глазом, хотя видны только на южном небе, поэтому доступны лишь для жителей Южного полушария. Европейцы узнали об этих объектах по записям экспедиции Магеллана, которые велись в первое кругосветное путешествие. Путешественники, оказавшиеся в южных широтах, обратили внимание на то, что каждую ясную ночь на небе видны два маленьких облачка, не меняющие своего положения относительно звезд. Эти облачка получили название, которое сохранилось до сих пор, — Магеллановы Облака (Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако). Они являются нашими соседними галактиками, хотя сильно уступают по размерам нашей галактике и туманности Андромеды. Расстояние до Магеллановых Облаков — примерно 150 тыс. световых лет.
4. Гравитация — сила, скрепляющая галактики
Существуют различные типы галактик, многие из них даже внешне совсем не похожи на нашу Галактику или туманность Андромеды. Но есть два важных свойства, которые роднят все галактики без исключения. Первое — это то, что они состоят в основном из звезд различного возраста и различной массы и из разреженного межзвездного газа, причем, за крайне редкими исключениями, звезды значительно преобладают по массе над газом. Второе — это большие скорости движения звезд и газа внутри каждой галактики (десятки и сотни км/с). При таких внутренних скоростях любая галактика за какой-нибудь миллиард лет, казалось бы, должна была расплыться и распасться, однако возраст галактик превышает 10 миллиардов лет. Одна и та же сила удерживает вместе все звезды и газ и не дает галактикам рассыпаться — это сила гравитации, сила взаимного притяжения всех объектов галактики друг к другу. Они уже при своем возникновении представляли собой гигантские гравитационно-связанные системы.
5. Как исследуются галактики
Исследуя другие галактики, мы прежде всего используем те же методы, которые оказались результативными при изучении нашей Галактики. Это фотометрия (измерение яркости и цвета отдельных объектов или галактики в целом) и анализ спектров звездного населения и межзвездного газа. При этом важно, что используется не только видимый свет галактики, но и свет в тех спектральных диапазонах, которые доступны только из космоса. И, конечно же, большую роль играет анализ слабого радиоизлучения далеких звездных систем, принимаемого радиотелескопами.
Помогает то, что мы достаточно хорошо представляем себе, как устроены звезды, как они эволюционируют, и это позволяет нам понять и рассчитать, как формируются и стареют галактики, как они меняются за большие промежутки времени, чем и почему отличаются эволюционные пути разных галактик. Конечно, здесь многое пока остается неясным. Использование спектральных методов исследований дало возможность измерять скорости звезд и газа внутри галактики, их химический состав, оценивать массу галактики, темпы рождения звезд в них и многое другое. Мы узнали, что в центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра очень большой массы, составляющей несколько миллионов масс солнц. Подобные объекты есть в ядрах других галактик. Черные дыры из-за мощного гравитационного поля не излучают никакого света, но могут быть центрами бурных процессов, разыгрывающихся в их окрестности.
В нашей Галактике и в других галактиках, помимо звезд, присутствует большое количество газа, причем не только такого, который можно наблюдать с помощью оптических телескопов, но и совершенно невидимого, не излучающего никакого света. Присутствие больших запасов такого газа было обнаружено с помощью радиотелескопов, улавливающих слабые потоки радиоволн на определенных радиочастотах. Это радиоизлучение рождается в основном атомами нейтрального водорода и целым рядом молекул в межзвездном пространстве. Именно из такого «темного» газа в галактиках рождаются звезды. Найден в галактиках и очень горячий газ, который из-за высокой температуры в миллионы градусов излучает рентгеновские лучи. Наша сверхзадача — понять, как устроен окружающий мир, как он образовался, как появились звезды, планеты, Земля. Всего этого нельзя узнать, не имея представления о структуре Вселенной, о том, как она развивается. И ключевую роль здесь играет внегалактическая астрономия, изучение очень далеких объектов, находящихся за пределами нашей Галактики.
