Во второй половине 18 века английский астроном Вильям Гершель производил в разных областях неба подсчеты звёзд, наблюдаемых в поле зрения его телескопа. Оказалось, что на небе можно наметить большой круг, рассекающий все небо на две части и обладающий тем свойством, что при приближении к нему с любой стороны число звезд, видимых в поле зрения телескопа, неуклонно возрастает и на самом круге становится небольшим. Как раз вдоль этого круга, получившего название галактического экватора, стелется Млечный Путь, опоясывающая небо чуть светящаяся полоса, образованная сиянием слабых дальних звезд. Гершель правильно объяснил обнаруженное им явление тем, что наблюдаемые нами звезды образуют гигантскую звездную систему, которая сплюснута к галактическому экватору.
И все же, хотя вслед за Гершелем исследованием строения нашей звездной системы- Галактики занимались известные астрономы- В. Струве, Каптейн и другие, само представление л существовании Галактики как обособленной звездной системы являлось до тех пор, пока не были обнаружены объекты, находящиеся вне Галактики. Это произошло только в 20 годы нашего века, когда выяснилось, что спиралеобразные и некоторые другие туманности являются гигантскими звездными системами, находящимися на огромных расстояниях от нас и сравнимыми по строению и размерам с нашей Галактикой.
Выяснилось, что существует множество других звездных систем- галактик, весьма разнообразных по форме и по составу, причем среди них имеются галактики, очень похожие на нашу. Это обстоятельство оказалось очень важным. Наше положение внутри Галактики, с одной стороны, облегчает её исследование, а с другой- затрудняет, так как для изучения строения системы выгоднее её рассматривать не изнутри, а со стороны.
Форма Галактики напоминает круглый сильно сжатый диск. Как и диск, Галактика имеет плоскость симметрии, разделяющую её на две равные части и ось симметрии, проходящую через центр системы и перпендикулярную к плоскостям симметрии. Но у всякого диска есть точно обрисованная поверхность- граница. У нашей звездной системы такой чётко очерченной границы нет, также как нет чёткой верхней границы у атмосферы Земли. В Галактике звёзды располагаются тем теснее, чем ближе данное место к плоскости симметрии Галактики и чем ближе оно к её плоскости симметрии. Наибольшая звёздная плотность в самом центре Галактики. Здесь на каждый кубический парсек приходится несколько тысяч звёзд, т.е. в центральных областях Галактики звёздная плотность во много раз больше, чем в окрестностях Солнца. При удалении от плоскости и оси симметрии звёздная плотность убывает, при чём при удалении от плоскости симметрии она убывает значительно быстрее. По этому если бы мы условились считать границей Галактики те места, где звёздная плотность уже очень мала и составляет одну звезду на 100 пс, то очерченное этой границей тело было бы сильно сжатым круглым диском. Если границей считать область, где звёздная плотность ещё меньше и составляет одну звезду на 10 000 пс, то снова очерченной границей тело будет диском примерно той же формы, но только больших размеров. По этому нельзя вполне определённо говорить о размерах Галактики. Если всё-таки границами нашей звёздной системы считать места, где одна звезда приходится на 1 000 пс пространства, то диаметр Галактики приблизительно равен 30 000 пс, а её толщена 2 500 пс. Таким образом, Галактика- действительно сильно сжатая система: её диаметр в 12 раз больше толщины.
Количество звёзд в Галактике огромно. По современным данным оно превосходит сто миллиардов, т.е. примерно в 25 раз превосходит число жителей нашей планеты.
Все Галактики делятся на три основных вида:
1) эллиптические, обозначаемые Е;
2) спиральные, обозначаемые S;
3) неправильные, обозначаемые J[4]
Эллиптические Галактики внешне самый невыразительный тип Галактик. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным уменьшением яркости от центра к периферии. Эллиптические Галактики состоят из второго типа населения. Они построены из звёзд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звёзд не очень высокой светимости. Отсутствуют бело- голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно было бы наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структуристость системе. Нет пылевой материи, которая в тех Галактиках, где она имеется, создает тёмные полосы, оттеняющие форму звёздной системы. Поэтому внешне эллиптические Галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой- большим или меньшим сжатием.
Как выяснилось, очень сильно сжатых эллиптических галактик нет, показателем сжатия 8, 9 и 10 не встречаются. Наиболее сжатые эллиптические галактики – это- Е 7. У некоторых показатели сжатия 0. Такие галактики практически не сжаты.
Эллиптические галактики в скоплениях галактик- это гигантские галактики, в то время как эллиптические галактики вне скоплений- это карлики в мире галактик.
Спиральные галактики- один из самых живописных видов галактик во Вселенной. Спиральные галактики являют собой пример динамичности формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывают на мощное, стремительное движение. Поражает так же многообразие форм и рисунков спиральных ветвей.
Ядра у таких галактик всегда большие, обычно составляют около половины наблюдаемого размера самой галактики.
Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающиеся сходным симметричным образом и теряющиеся в противоположных областях периферии галактики.
Доказано, что сильно сжатая звёздная система в ходе эволюции не может стать слабо сжатой. Невозможен и противоположный переход. Значит, эллиптические галактики не могут превращаться в спиральные, а спиральные в эллиптические. Эти два типа представляют собой различные эволюционные пути, вызываемые различным сжатием систем. А различное сжатие обусловлено различным количеством вращения систем. Те галактики, которые при формировании получили достаточное количество вращения, приняли сильно сжатую форму, в них развились спиральные ветви. Галактики, материя которых после формирования имела меньшее количество вращения, оказались менее сжатыми и эволюционируют в виде эллиптических галактик.
Встречается большое число галактик неправильной формы, без какой либо общей закономерности структурного строения.
Неправильная форма у галактики может быть в следствии того, что она не успела принять правильной формы из- за малой плотности в ней материи или из- за молодого возраста. Есть и другая версия: галактика может стать неправильной в следствии искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой.
Оба таких случая встречаются среди неправильных галактик, может быть, с этим связано разделение неправильных галактик на два подтипа.
Подтип J1 характеризуется сравнительно высокой поверхностной яркостью и сложностью неправильной структуры. Французский астроном Вокулер в некоторых галактиках этого подтипа обнаружил признаки разрушенной спиральной структуры. Кроме того, Вокулер заметил, что галактики этого подтипа часто встречаются парами. Существование одиночных галактик так же возможно. Объясняется это тем, что встреча с другой галактикой могла иметь место в прошлом, теперь галактики разошлись, но для того, чтобы принять снова правильную форму им требуется длительное время.
Другой подтип J 2 отличается очень низкой поверхностной яркостью. Эта черта выделяет их среди галактик всех других типов. Галактики этого подтипа отличаются так же отсутствием ярко выраженной структурности.
Если галактика имеет очень низкую поверхностную яркость при обычных линейных размерах, то это означает, что в ней очень мала звёздная плотность, и, следовательно, очень малая плотность материи.
Вращающееся жидкое тело под действием внутренних сил в равновесном состоянии принимает форму эллипсоида. В общей теории этой задачи доказывается, что при определённых состояниях между плотностью жидкости и угловой скоростью вращения эллипсоид может быть и сжатым эллипсоидом вращения и вытянутым трехосным эллипсоидом, напоминающим сигару или даже иглу.
Долгое время исследователи галактик предполагали, что вращающиеся звёздные системы, придя в равновесие, должны обязательно принять форму сжатого эллипсоида вращения. Однако в 1956 г. К.Ф. Огородников, специально рассмотрев вопрос о применяемости теории фигур равновесия жидких тел к звёздным системам, пришел к выводу, что среди звёздных систем могут быть и такие, которые приняли форму вытянутого трехосного эллипсоида.
Также Огородников приводит примеры галактик, которые, вероятно имеют форму вытянутых трехосных эллипсоидов- сигар, а не являются дисками, наблюдаемыми с ребра.
Для таких галактик характерно отсутствие ядра- утолщения, наблюдаемого в центральной части.
Именно Огородников назвал эти галактики иглообразными.
Галактики довольно часто встречаются в виде пар, но гораздо труднее выяснить, является ли наблюдаемая пара физически двойной галактикой или это только оптическая пара. У двойной галактики движение одного компонента по орбите вокруг другого настолько медленно, что его невозможно заметить даже после многолетних наблюдений.
Каталог двойных галактик был составлен шведским астрономом Хольмбером. Он выделил все пары галактик, у которых взаимное расстояние компонентов не более, чем в два раза превосходит сумму их диаметров.
В каталоге оказалось 695 двойных галактик. Подавляющее большинство из них физически двойные галактики. Но о каждой паре отдельно можно сказать: вероятно, что это физически двойная галактика.
Пару галактик можно назвать физически двойной в трех случаях:
1) Если компоненты имеют общее происхождение;
2) Если компоненты динамически связаны, т. е. Сумма кинетической и потенциальной энергии компонентов отрицательна;
3) Если компоненты расположены в пространстве близко друг к другу.
Компоненты физически двойной галактики находятся практически на одинаковом от нас расстоянии. Поэтому лучевые скорости, вызванные расширением пространства, у них одинаковы.
Понятие Метагалактики.
Понятие «Метагалактика» не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звёздами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звёздам, группирующимся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы- скопления различной численности.
Однако для звёзд известны объединения более высокого порядка- звёздные системы(галактики), характерные большей автономностью, т. е. Независимостью от влияния других тел, и большей замкнутостью, чем у звёздных скоплений. В частности, все звёзды, которые могут наблюдаться простым глазом в телескопы, образуют звёздную систему- нашу Галактику, насчитывающую около 100млд. Членов. В случае галактик аналогичные системы более высокого порядка непосредственно не наблюдаются.
Тем не менее имеются некоторые основания предполагать, что такая система, Метагалактика, существует, что она относительно автономна и является объединением галактик примерно такого порядка, каким для звёзд нашей системы является Галактика.
Следует предположить существование и других метагалактик.
Реальность метагалактики будет доказана, если удается как-то определить её границы и выделить наблюдаемые объекты, не принадлежащие ей.
В связи с гипотетичностью представлений о Метагалактики как об автономной гигантской системе галактик, включающей все наблюдаемые галактики, и их скопления, термин «метагалактика» стал чаще применяться для облегчения обозреваемой (при помощи всех существующих средств наблюдения) части Вселенной.
Распределение звезд на небе стал впервые изучать В. Гершель в конце 18 века. Результатом было фундаментальное открытие- явление концентрации звёзд и галактической плоскости.
Приблизительно через полтора столетия наступило время изучить распределение по небу галактик. Сделал это Хабл.
Галактики по блеску в среднем значительно уступают звездам. Звёзды до 6-й видимой величины на всем небе несколько тысяч, а галактики до 6- ти только четыре. Звёзд до 13 около трех млн., а галактики около семисот. Только тогда, когда рассматриваются очень слабые объекты, число галактик становится большим и начинает приближаться к числу звёзд той же величины.
Чтобы иметь достаточное количество подсчитываемых галактик, нужно использовать большие инструменты способные уловить блеск слабых объектов. Но при этом возникает дополнительная сложность, связанная с тем, что слабые галактики и слабые звёзды не так заметно отличаются друг от друга, как яркие звёзды от ярких галактик. Слабые галактики имеют очень маленькие видимые размеры и их легко при подсчётах принять за звёзды.
Хабл использовал 2,5- метровый телескоп обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии, вступивший в 20- е годы ХХ века в строй, и выполнил подсчеты галактик до 20- й видимой звёздной величины в 1283 маленьких площадках, распределённых по всему небу. В результате, число галактик в площадках Хабла оказывалось тем меньше, чем ближе была расположена площадка к Млечному Пути. Около самого галактического экватора в полосе толщиной в 20, галактики, за отдельными исключениями, вовсе не наблюдается. Можно сказать, что плоскость Галактики является для галактики плоскостью деконцентрации, а зона у галактического экватора зоной избегания.[5]
Совершенно очевидно, что другие звёздные системы, а их миллионы, не могут располагаться в пространстве по зонному, диктуемому определенной ориентировкой плоскости симметрии нашей Галактики, которая сама является только одной из множества звёздных систем. Хаблу было ясно, что в данном случае наблюдается не истинное распределение галактик в пространстве, а распределение искаженное некоторыми условиями видимости.
В 1953 году французский астроном Вокулер, исследуя распределение по небу галактик до 12- й величины, т.е. ярких галактик, установил, что они определённо концентрируются к большому кругу, который перпендикулярен к галактическому экватору. Полоса, толщиной в 12 около этого круга, составляющая только 10% поверхности неба, включает приблизительно 2\3 всех ярких галактик. Число галактик на 1 кв. градус в полосе приблизительно в 10 раз больше, чем в областях вне полосы. Наука уже имела аналогичный опыт, когда Гершель, обнаружив концентрацию звёзд в галактической плоскости, установил существование нашей звёздной системы и определил, что она сплюснутая. Также и Вокулер пришел к выводу о существовании гигантской сплюснутой системы галактик и называл её сверхсистемой галактик.
Значение сверхсистемы галактик для общей структуры Вселенной велико. Сверхсистема по размерам значительно превосходит скопления галактик. Число галактик, входящих в её состав, исчисляются не тысячами, как в крупных скоплениях, а многими десятками тысяч, возможно, достигает ста тысяч.
Диаметр сверхсистемы можно оценить в 30 М пс. Галактика находится далеко от её центра и вообще близка к краю. Её расстояние от внешней границы сверхсистемы 2- 4 М пс. Центр сверхсистемы находится в скоплении галактик в Деве, а само это скопление может рассматриваться как ядро сверхсистемы.
Не только оптическое излучение галактик показывает концентрацию к плоскости сверхсистемы галактик. Общее радиоизлучение, исходящее от неба также обнаруживает явную концентрацию к той же плоскости. Так как радиоизлучение неба в значительной степени вызывается галактиками, то в этом можно видеть подтверждение реальности сверхсистемы галактик.
Литература.
Агекян Т.А. Звёзды. Галактики. Метагалактики. М. 1982.
Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., 1981.
Воронцов Б.А. Очерки о Вселенной. М. 1976.
Зельдович А.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция вселенной. М., 1975.
Зигель Ф.Ю. Сокровища звёздного неба. М. 1976.
Климишин И.А. Астрономия наших дней. М. 1980
Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М., 1979.
Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М. 1976.
[1] Агекян Т.А. Звёзды. Галактики. Метагалактики. М. 1982.C.37
[2] Климишин И.А. Астрономия наших дней. М. 1980. С.68
[3] Зельдович А.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция вселенной. М., 1975.С.146
[4] Агекян Т.А. Звёзды. Галактики. Метагалактики. М. 1982.С.127
[5] Там же. С.178