4. Состав Галактики

Нашу галактику называют просто Галактикой. Она имеет средние размеры и состоит примерно из 150 ? 200 млрд звезд, включая Млечный путь (древнее название полосы звезд на небе, отмечающих плоскость нашей Галактики), и представляет собой огромный диск, который состоит из звезд и звездных скоплений, вращающихся в пространстве, подобно гигантскому колесу. Звез-ды, входящие в Галактику, описывают вокруг ее центра окружно-сти разного диаметра (рис. 1).

Рис. 1 Схема Галактики (крестиком обозначено положение Солнца): а) вид сверху; б) вид сбоку (черные точки изображают шаровые скопления)

Звёзды и межзвёздная газопылевая материя заполняют объём галактики неравномерно: наиболее сосредоточены они около плоскости, перпендикулярной оси вращения галактики и являющейся плоскостью её симметрии (т. н. галактической плоскостью). Вблизи линии пересечения этой плоскости с небесной сферой (галактического экватора) и виден Млечный Путь, средняя линия которого представляет собой почти большой круг, т. к. Солнечная система находится недалеко от этой плоскости. Млечный Путь представляет собой скопление огромного количества звёзд, сливающихся в широкую белёсую полосу; однако звёзды, проектирующиеся на небе рядом, удалены друг от друга в пространстве на огромные расстояния, исключающие их столкновения, несмотря на то, что они движутся с большими скоростями (десятки и сотни км/сек) в разных направлениях. Наименьшая плотность распределения звёзд в пространстве (пространственная плотность) наблюдается в направлении полюсов галактики (её северный полюс находится в созвездии Волос Вероники). Общее количество звёзд в галактике оценивается в 100 млрд.

Межзвёздное вещество рассеяно в пространстве также неравномерно, концентрируясь преимущественно вблизи галактической плоскости в виде глобул, отдельных облаков и туманностей (от 5 до 20--30 парсек в поперечнике), их комплексов или аморфных диффузных образований. Особенно мощные, относительно близкие к нам тёмные туманности представляются невооруженному глазу в виде тёмных прогалин неправильных форм на фоне полосы Млечного Пути; дефицит звёзд в них является результатом поглощения света этими несветящимися пылевыми облаками. Многие межзвёздные облака освещены близкими к ним звёздами большой светимости и представляются в виде светлых туманностей, т. к. светятся либо отражённым светом (если состоят из космических пылинок), либо в результате возбуждения атомов и последующего испускания ими энергии (если туманности газовые).

  Полная масса галактики, включая все звёзды и межзвёздное вещество, оценивается в 10¹¹ масс Солнца, т. е. около 10⁴⁴ г. Как показывают результаты детальных исследований, строение галактики схоже со строением большой галактики в созвездии Андромеды, галактики в созвездии Волос Вероники и др. Однако, находясь внутри галактики, мы не можем видеть всю её структуру в целом, что затрудняет её изучение.

Галактика имеет резко выраженное подсистемное строение; различают три подсистемы: плоскую, промежуточную и сферическую. Плоская подсистема характеризуется наличием молодых горячих звёзд, переменных звёзд типа долгопериодических цефеид, звёздных ассоциаций, рассеянных звёздных скоплений и газо-пылевого вещества. Все они сосредоточены у галактической плоскости в форме экваториального диска (толщиной 1/20 поперечника галактики). Средний возраст звёздного населения диска около 3 млрд. лет. Слабее концентрируются к плоскости галактики жёлтые и красные звёзды-карлики и звёзды-гиганты, занимающие объём в виде сильно сплюснутого эллипсоида. Все субкарлики, жёлтые и красные гиганты, переменные звёзды типа короткопериодических цефеид и шаровые звёздные скопления образуют сферическую составляющую (иногда называется гало), заполняя сферический объём (со средним диаметром, превышающим 30 тыс. парсек, т. е. 100 тыс. световых лет) с резким падением плотности в направлении от центральных областей к периферии. Её возраст более 5 млрд. лет. Объекты различных составляющих отличаются друг от друга также и скоростями движения, и химическим составом. Звёзды плоской составляющей имеют большие скорости движения относительно центра галактики и они богаче металлами. Это указывает на то, что звёзды разных типов, относящиеся к разным подсистемам, формировались при различных начальных условиях и в различных областях пространства, занимаемого галактическим веществом. Вся галактическая система погружена в обширную газовую массу, которую иногда называют галактической короной. Из центральной области галактики распространяются вдоль галактической плоскости спиральные ветви, которые, огибая ядро и разветвляясь, постепенно расширяются, теряя яркость. Спиральной структурой, оказавшейся весьма характерным свойством галактик на некотором этапе их эволюции, галактика сходна с множеством др. звёздных систем того же типа, что и она, имеющих такой же звёздный состав. В развитии спиральной структуры, по-видимому, играют роль гравитационные силы и магнитогидродинамические явления, при этом на неё влияют и особенности вращения галактики. Вдоль спиральных ветвей происходит звездообразование и они населены наиболее молодыми галактическими объектами.

  Вопросы эволюции галактики в целом или отдельных её составных элементов имеют большое мировоззренческое значение. В течение долгого времени господствовал взгляд об одновременном образовании всех звёзд и др. объектов галактики. Такой взгляд связывался с признанием единовременного происхождения всех галактик в одной точке Вселенной и их последующего «разбегания» в разные стороны от неё. Однако детальные исследования, основанные на многочисленных наблюдениях, привели к заключению (советский астроном В. А. Амбарцумян), что процесс звёздообразования продолжается и в настоящую эпоху.

Проблема происхождения и развития звёзд в галактике является фундаментальной проблемой. Существуют две главные, но противоположные точки зрения на формирование звёзд. Согласно первой из них, звёзды образуются из газовой материи, в значительном количестве рассеянной в галактике и наблюдаемой оптическими и радиоастрономическими методами. Газовое вещество там, где его масса и плотность достигают достаточно большой величины, сжимается и уплотняется под действием собственного притяжения, образуя холодный шар. В процессе дальнейшего сжатия температура внутри него, однако, повышается до нескольких млн. градусов; этого достаточно для возникновения термоядерных реакций, которые вместе с процессами излучения и обусловливают дальнейшую эволюцию этого шара --звезды. Согласно второй точке зрения, звёзды образуются из некоторого сверхплотного вещества. Сверхплотное вещество такого рода ещё не обнаружено и его свойства неизвестны, но то обстоятельство, что в наблюдаемой Вселенной процессы истечения масс из звёзд, деления и распада систем наблюдаются во многих случаях, процессы же образования звёзд из межзвёздного вещества не наблюдаются, говорит в пользу второй точки зрения.

  Предполагается, что галактика в целом развилась в процессе конденсации первичного газового облака, богатого водородом; образовавшиеся при этом звёзды в нашу эпоху наблюдаются как звёзды сферической составляющей, бедные металлами и имеющие наибольший возраст. Первичное газовое облако, продолжая сжиматься под действием гравитационных сил, обогащалось металлами за счёт выбрасывания вещества из недр ранее образовавшихся звёзд, в которых уже в течение многих сотен млн. лет шли внутриядерные реакции и водород превращался в более тяжёлые элементы. Поэтому более позднее «поколение» звёзд, образовавшее диск галактики, оказалось более богатым металлами. Эта концепция объясняет наблюдаемое распределение скоростей звёзд и расслоение последних по подсистемам. Тем не менее в изложенной картине остаётся немало противоречий.

Заключение

Еще задолго до того, как были установлены огром-ные расстояния до галактик, человечество постоянно задавалось вопросом: «есть ли граница мира и если есть, то что за ней?». Учение о мире как целом составляет предмет космологии. По этому поводу вправе высказываться и философия, и математика, в которой трактуется понятие бесконечности, и астрономия, изучающая конкретные небесные тела. Вопрос этот оказывается очень сложным и многогранным. Фило-софия диалектического материализма утверждает, что материя и ее движение вечны, хотя и меняют форму. В бесконечном многообразии явлений в природе, яв-лений всегда материальных, теперь едва ли сомне-вается кто-либо из естествоиспытателей, хотя защит-ники идеализма и пытаются всякое новое, еще не по-нятное явление природы истолковать идеалистически. В этом они терпят, однако, неудачу с каждым про-движением науки вперед. Сейчас, по-видимому, мало кто из ученых допускает, чтобы Вселенная имела гра-ницу -- «стенку», в которую можно упереться. Одна-ко вопрос о том, конечна ли Вселенная и каковы свойства пространства, в котором мы живем, мож-но попытаться проверить путем наблюдений в Космосе. Данлоп С. Азбука звездного неба., Москва, “Мир”, 1990 г.,стр.56-57.

В школе изучают евклидово пространство, в ко-тором две прямые никогда не пересекаются. Но наш великий математик Лобачевский показал, что мысли-мо пространство с другими свойствами. Позднее Эйн-штейн доказал в своей теории относительности, что реальное физическое, а не абстрактное пространство, заполненное материей, может иметь кривизну, обус-ловленную существованием материи. Советский уче-ный А. А. Фридман, а за ним другие ученые математи-чески разработали модели вселенных, опирающихся на теорию относительности. Таких моделей создано немало и большинство их -- это модели безграничной, но конечной Вселенной. Сочетание безграничности и в то же время конечности поясняют обычно на гру-бом примере шара. У него нет границ для двухмерного существа, могущего перемещаться только по поверх-ности шара. В то же время размер поверхности шара конечен. Размеры шара могут увеличиваться, умень-шаться или пульсировать, оставаясь конечными.

Свойства конечной Вселенной теоретически зави-сят от средней плотности вещества в ней, от степени однородности этой плотности от места к месту. Обра-щаясь к наблюдения, мы можем изучать пока толь-ко часть Метагалактики, которую часто и неоснова-тельно отождествляют со Вселенной в целом. Киппенхан р. 100 миллиардов солнц. Москва., “Мир”, 1990 г.,стр.112.

Мы узнали, что галактики удаляются друг от дру-га, судя по красному смещению в их спектрах, и тем быстрее, чем они друг от друга дальше. Мы имеем некоторые сведения о массах галактик и об их рас-пределении в пространстве. Очевидно, Метагалактика расширяется, но какая модель Вселенной больше все-го на это похожа? Оказывается, что это можно вы-яснить, если установить связь величины красного смещения с расстоянием до галактики, если его опре-делить другим независимым путем (а не по величине того же красного смещения. Для той же цели может служить и распределение очень далеких галактик (или источников радиоизлучения) в пространстве. ЗасоваА.В. «Космология и наблюдения».,Москва, в № 4 журнала «Земля и Вселенная» за 1985 г., стр.24. Расстояние до скоплений галактик, как мы говорили, можно определить по видимому блеску ярчайших га-лактик в них. Результаты наблюдений сравниваются с выводами теории для разных моделей Вселенной. Современное наше проникновение в глубину Метага-лактики и точность наших данных еще недостаточны для уверенного, окончательного вывода. Все же боль-шинство ученых склоняется сейчас к выводу, что Ме-тагалактика конечна и расширяется с замедлением, которое создает взаимное тяготение. Вероятно, су-ществует пульсация если не Вселенной, то Метагалак-тики, и когда-либо расширение сменится сжатием.

Из факта расширения Метагалактики можно сде-лать вывод, что несколько миллиардов лет назад ее объем был так мал, что галактики не могли существо-вать как отдельные объекты. Это, конечно, не озна-чает, что тогда и было «сотворение мира», как хотят заключить идеалисты. Просто тогда вещество сущест-вовало в иной форме. Возможности превращения ве-щества безграничны и оно не всегда было и не всегда будет существовать в тех видах, в каких мы наблю-даем его вокруг себя сейчас.

Список литературы

1. Гулыга А.В. Кант. - 2-е изд. - М., Мол. гвардия, 1981.

2. Данлоп С. Азбука звездного неба. М., “Мир”, 1990.

3. ЗасоваА.В. «Космология и наблюдения». М., 1985.

4. Зельманова А.Л. «Метагалактика и Вселенная». М., 1982.

5. История астрономии: Пер. с англ. / А. Панненкук.--М.: Наука, 1966.--592 с.: ил.

6. Кант И. Сочинения в шести томах. М., 1963 - 1966.,Т.2.

7. Киппенхан р. 100 миллиардов солнц. М., “Мир”, 1990.

8. Нарский И.С. Кант. М., 1976.

9. О системах галактики / М. Б. Сизов.--М.: Прометей, 1992.--16 с.

10. Происхождение и эволюция Земли и других планет Солнечной системы / А. А. Маракушев.--М.: Наука, 1992.--204 с.

11. Физическая модель Вселенной / Б. П. Иванов.--СПб.: Политехника, 2000.--312 с.

12. Эволюция солнечной системы: Пер. с англ. / Х. Альвен, Г. Аррениус.--М.: Мир, 1979.--511 с.

13. Энциклопедический словарь астронома., М., “Педагогика” , 1980.