2. ГАЛАКТИКА
2.1 Наша ближайшая галактическая соседка. Метагалактика
Человек шаг за шагом познает окружающий его мир. С тех пор как люди научились строить различные телескопы, запускать космические корабли, создавать орбитальные станции, оснащенные точными приборами и компьютерами, они смогли многое узнать о том, как устроена наша Солнечная система, Галактика, Вселенная.
Ниже созвездия Кассиопеи можно увидеть небольшое туманное пятнышко. Много лет думали, что это облако газа или скопления звезд, находящееся где-то недалеко от нас. Оказалось, что туманность в созвездии Андромеды – то другая Галактика, соседняя с нашей. Как и наша Галактика, она состоит из миллиарда звезд, из звездных скоплений, облаков газа и пыли, потухших звезд, планет. Свет от нашей «галактической соседки» мчится к нам два миллиона триста тысяч лет. Вот какое расстояние между галактиками! А 150 млн.км от Земли до Солнца свет проходит за 8 минут.
Наша Галактика, Туманность Андромеды, другие галактики образуют Местную группу (или систему) галактик. Как множество городов составляют страну, так скопления и сверхскопления галактик составляют нашу Вселенную. Ученые выяснили, что Вселенная имеет так называемую ячеистую структуру: по своему строению она напоминает пчелиные соты, или губку, или мыльную пену, где гигантские ячейки образованы скоплениями галактик.
Метагалактикой называют видимую часть Вселенной, т.е. те объекты, которые можно наблюдать с помощью оптических и радиотелескопов. По приблизительной оценке ученых, в обозримом пространстве Вселенной около 100 млрд. галактик. Впервые количественным изучением распределения галактик на небе занимался американский ученый Э. Хаббл. Он пришел к выводу, что галактики подобно звездам образуют группы и скопления. Например, наша Галактика имеет галактики-спутники Большое и Малое Магеллановы облака. Вместе с Галактикой Туманность Андромеды они образуют Местную группу (систему галактик). В ней насчитывают около 35 галактик. Они взаимодействуют друг с другом посредством гравитационных сил и движутся вокруг общего центра.
Ближайшее к нам скопление галактик находится в созвездии Девы, крупное скопление галактик находится в созвездии Волосы Вероники. Несколько десятков крупных скоплений галактик образуют сверхскопления. Галактики в сверхскоплениях распределены таким образом, что напоминают сетку, состоящую из отдельных ячеек. В середине ячеек галактик почти нет, они располагаются по границам ячеек.
Расстояния до галактик определяют по переменным звездам-цефеидам, или по ярчайшим звездам, а также по спектрам. У нескольких тысяч галактик измерены расстояния. Они оказались расположены на таком большом расстоянии от нас, что их свет идет около 10 млрд. лет. Ближайшие к нам галактики – Магеллановы облака расположены на расстоянии около 150 000 световых лет, а Туманность Андромеды в десять раз дальше. Большинство галактик выглядят в телескоп как маленькие туманные пятнышки. Невооруженным глазом можно увидеть три галактики, ближайшие к нам: Туманность Андромеды в Северном полушарии, Большое и Малое Магеллановы облака в Южном полушарии неба. Их открытие произошло во время кругосветного плавания Магеллана. Они действительно похожи на два облачка, отделившиеся от Млечного Пути.
2.2 Расстояния до звезд
При наблюдении за какой-нибудь звездой с двух противоположных точек земного шара практически невозможно заметить различия в направлениях на звезду. Звезды находятся от Земли во много раз дальше, чем Луна, планеты, Солнце. Определить расстояние до ближайшей к нам звезды удалось русскому ученому В.Я Струве. Это было более ста лет назад. Для того ему пришлось наблюдать ее не с концов земного диаметра, а с концов прямой линии, которая в 23 600 раз длиннее. Где же он мог взять такую прямую линию, которая на земном шаре не может уместиться? Оказывается, эта линия существует в природе. Это диаметр земной орбиты. За полгода земной шар перенесет нас на другую сторону от Солнца. Зная диаметр земной орбиты (а он вдвое больше среднего расстояния до Солнца), измерив углы, под которыми наблюдается звезда, можно вычислить расстояние до нее.
Самые близкие к нам звезды – Проксима Центавра и Альфа Центавра – находятся в 270 000 раз дальше от Земли, чем Солнце. Лучу света от этих звезд приходится лететь до Земли 4,5 года.
Расстояния до звезд огромны и измерять их километрами неудобно. Получается слишком большое число километров. И ученые ввели более крупную единицу измерения: световой год. Это такое расстояние, которое свет проходит в течение одного года.
Во сколько раз эта единица измерения больше, чем километр? 300 000 км/c надо умножить на число секунд в году. Получим приблизительно 10 триллионов километров. Значит, один световой год больше одного километра в 10 триллионов раз .
Звезды могут находиться от нас на расстояниях, равных десяткам, сотням, тысячам световых лет и более.
2.3 Самая яркая звезда
Всего на небе находится 20 наиболее ярких звезд. Несколько особенно ярких звезд по своему блеску превышают блеск звезд 1-й звездной величины. Для этих звезд пришлось ввести отрицательные звездные величины. Для точного обозначения яркости звезд приходиться прибегать к дробям. Самая яркая звезда северного полушария неба – Вега – имеет блеск 0,1 звездной величины, а самая яркая звезда всего неба – Сириус – имеет блеск минус 1,3 звездной величины.
Для всех звезд, видимых невооруженным глазом, и для многих более слабых точно измерена их звездная величина.
Сириус более чем в 1000 раз ярче любой самой слабой звезды, которую можно наблюдать на небе.
В обычный театральный бинокль хорошо видны звезды до 7-й звездной величины, в призменный полевой бинокль – до 9-й звездной величины, в телескоп же видны и более слабые звезды. В современные телескопы можно наблюдать звезды до 18-й звездной величины. На фотографиях, снятых с помощью крупнейших телескопов, можно увидеть звезды до 23-й звездной величины. Они в 6 000 000 раз слабее по блеску самых слабосветящихся звезд, которые мы видим невооруженным глазом.
И если невооруженному глазу доступно всего лишь 3000 видимых над горизонтом звезд, то в самые мощные современные телескопы можно наблюдать миллиарды звезд.
2.4 Двойные и краткие звезды
Говорят, что в древние времена остроту зрения охотников проверяли по звездам Большой Медведицы. Если среднюю звезду «ручки ковша» человек видел как двойную, то это означало, что у него большая острота зрения, выражаясь современным языком – стопроцентная. Этим двум звездам, которые многие из нас видят как одну, средневековые арабские астрономы дали собственные имена, сохранившиеся до сих пор: яркой – Мицар (что значит «Конь») и слабой – Алькор (что значит «Всадник»). Звезда Мицар при наблюдении в телескоп сама оказывается двойной – состоит из двух очень близких звезд (близких по угловому расстоянию).
Помимо звездных пар в природе существуют тройные и кратные звезды, т.е. из 4,5 и более компонентов. Если число компонентов превышает 10, то такие звездные системы называют звездными скоплениями. Ученые в настоящее время изучили более 70 000 двойных и кратных звезд, и пришли к выводу, что их значительно больше, что в природе двойные и кратные звезды встречаются чаще, чем одиночные. Есть факты, позволяющие предполагать, что у нашего Солнца есть звездная пара – компонент с предположительным именем Немезида.
Изучением двойных звезд впервые занялись еще в XVII веке, когда появились первые телескопы. В.Гершель первым стал вести целенаправленные и систематические наблюдения двойных звезд, измеряя угловые расстояния между их компонентами. Им было открыто и исследовано более 800 звездных пар. Его сын Дж.Гершель, продолжая начатую отцом работу, открыл 3347 двойных звезд. В.Я. Струве в Пулковской обсерватории измерил положения 8700 звездных пар и так точно, что его измерениями, сделанными в середине XIX века, астрономы пользуются и по сей день. Струве принадлежит догадка о том, что среди двойных звезд много таких, компоненты которых движутся в пространстве далеко друг от друга и видны лишь в одном направлении. Спектральный анализ помогает ученым исследовать эти интересные объекты, измерять скорость их движения.
2.5 Переменные звезды
Все звезды мерцают, изменяют свой блеск. Это связано с преломлением лучей их света при прохождении сквозь разные слои земной атмосферы. Но, если, например, рассматривать звезду Бета в созвездии Персея, окажется, что она светит то так же ярко, как соседние звезды, то немного слабее. Изменение блеска этой звезды было известно еще средневековым арабским астрономам, которые назвали ее Алголь (что означает «Дьявол»), за то, что она как бы «подмигивает» по сравнению с другими звездами, горящими ровным светом.
Переменных звезд много. Ученые, начиная с 90-х годов прошлого столетия, благодаря специальным поискам, обнаружили уже почти 30 000 звезд. Их обозначили, составили полные каталоги (списки). Звезда Алголь меняет свой блеск с периодом 9 с половиной часов. То звездная пара, главная звезда затмевается звездой-спутником, от этого блеск звезды периодически уменьшается, потом увеличивается. Звезда Цефея (Дельта в созвездии Цефей) также периодически меняет свой блеск, но причины этой переменности другие Подобные ей звезды, называемые цефеидами, периодически то как бы раздуваются, то сжимаются.
Изменяются периодически размеры звезд и их температура, а следовательно, светимость. При сжатии размеры звезд уменьшаются, зато температура возрастает, а значит, и блеск. При расширении температура и светимость уменьшаются.
У цефеид обнаружилась интересная особенность: более массивные звезды пульсируют медленнее. Периоды пульсаций бывают разными: от нескольких десятков минут, до десятков суток. Почти все цефеиды расположены в Млечном Пути и вблизи него. Астрономы, установив наблюдения за цефеидой, измерив период ее измерения, вычислили светимость, а это означает, что можно определить расстояние до нее.