Даз. х простое наблюдение звездного неба начол няет сердце трепетом Этот трепет возрастает, когда астрономы поясняют нам, что среди этих мириа — дов сверкающих цен тров окромнмх сил лишь не­сколько точек являются нашими планетами, а ос­тальные — это мо1учие центры далеких Солнеч­ных систем и 1ранлиозные скопления Солнц — галактики.

Н. Уранов. «Размышляя над Беспредельностью»

Еще в начале XX века известная астрономам Вселенная ограничива­лась рамками нашей Галактики. Воображение с трудом улавливало контуры этой грандиозной системы, границы ее сливались с прак­тической бесконечностью. И все-таки пытливая человеческая мысль стремилась проникнуть за эти пределы. Развернувшаяся здесь драма идей длилась почти два столетия.

Умозрительные идеи об островной Вселенной"3 высказыва шсь еще в XVIII веке. У истоков этих воззрений стоит известный шведский ученый и философ, великий мистик и оккультист Э. Сведенборг. Он не только впервые определил Млечный Путь как реально существующую динами — чсскую систему звезд, удерживаемых вместе физическими силами, но и создал картину Мироздания, основанную на иерархическом принципе — существования сложных космических систем, включающих целые «млеч­ные пути» и системы все более и более высокого порядка. Эти идеи развивались затем И. Кантом’14 и И. Ламбертом Но они не имели убе­дительного подтверждения астрономическими наблюдениями.

Во второй половине XVIII века великий английский астроном В. Гер — шель, на основании звездных подсчетов, показал, что наш звездный мир (наша Галактика) конечен, и сделал правильный вывод о том, что он представляет собой лишь один из «островов» Вселенной. Гершель свягал эти «остро!;а» с открытым им же миром туманностей. Это оыло пра­вильное предположение, ибо 80 % открытых им туманностей, действи­тельно, расположено за пределами нашей Галактики и являютс" ;Ipvi ими галактиками. О щако вскоре Гершель отказался от этого преддожени; Дело в том, что, как показали дальнейшие исследования, ряд туманнос­тей — планетарные, диффузные (т. е. те, которые мы теперь связываем с областями HII) принадлежат нашей Галактике. Гершель ошибочно рас — ] фосгранил этот вывод на все туманности.

Во второн половине XIX века было обнаружено, что многие туман­ности Гершеля имеют спиральную структуру. «Перед глазами астроно­мов как бы материализовались угаданные древними натурфилософами и возрожденные в свое время Декартом и Сведенборгом космические вих­ри»115. Это открытие имело важнейшее значение. Спиральные туманно­сти наблюдаются, в основном, на высоких галактических широтах, они избегают полосы Млечного Пути. Это понятно, ибо, если мы сквозь толщу пылевых облаков не видим центр нашей собственной Галактики, то тем более мы не можем наблюдать другие галактики. Однако такой аргумент не рассматривался, и не мог рассматриваться как решающее подтверждение внегалактт ческой природы спиральных туманностей. Более того, концентрация спиралей к полюсам Галактики создавала иллюзию, что они каким то образом связаны с системой Млечного Пути. Великий спор о природе спиральных туманностей продолжался в течение нескоть — ких десятилетий Еще в 20-х годах XX века выдающейся американский астроном X Шепли отстаивал представление о том, что спиральные ту­манности имеют диффузную природ" и принадлежат нашей Га тктике. Одна из гипотез предполагала, что спирали представляют собой форми­рующиеся планетные системы. В таком случае они должны были распола­гаться недалеко от Солнца.

1 14 «Мы видим первые члены непрерывного ряда миров и систем, — писал Кант, — н первая член этой бесконечной прогрессии уже дает нам возможность представить, каково целое. Здесь нет конца, здесь бездна подлинной несоизмеримости, перед кото­рой бледнеет г сякая способность челове [сского понимания, хотя бы и подкрепленного математикой» (И Кант Очерк системы неподвижных звезд, а также о многочислен­ности подобных систем неподвижных звезд. Цит. по кн : Еремеева А. И., ЦицинФ А История астрономии. — М.: Изд-во Моек ун га, 1989. С. 199 ) 1,5 Еремеева А. И., Цииин Ф. А. История астрономии. С. 221.

В 1917 г на горе Маунт Вилсон начал работать самый крупный в ту пору зеркальный телескоп диаметром 2,5 м. Директор обсерватории Дж. Хейл считал, что важнейшим направлением исследований с помо­щью нового телескопа должно стать наблюдение спиральных туманно­стей. Он полагал, что это внесет решающий вклад в проблему образова­ния планетных систем. Телескопу, действительно, суждено было сыграть решающую роль в определении природы спиральных туманностей, но оказалось, что она совершенно иная Решить загадку спиралей выпало на долю Эдвина Хаббла — человека, который сыграл совершенно исклю чительную роль в астрономии XX века

К августу 1924 г. Хаббл с помощью 2,5-м прового телескопа получил около 200 негативов туманностей Андромеды, Треугольника и NGC 6822. Ему удалось разрешить их на отдельные звезды, среди которых были об­наружены цефеиды. Мы уже отмечали, что, зная период изменения блескг цефеид, можно найти их светимость и, следовательно, определить рас­стояние до туманностей, в которых они находятся. Проделав эту процг: дуру, Хаббл нашел, что расстояние до туманностей значительно превы­шает размер нашей Галактики, а сами они по размеру сопоставимы с Галактикой. Так была поставлена точка в вековом споре.

Было доказано, что спиральные туманности представляют со­бой другие звездные системы, подобные нашей. Они стали назы­ваться галактиками (с маленькой буквы), а за нашей звездной систе­мой сохранилось название Галактика (с большой буквы) или систе­ма Млечного Пути.

Мир галактик не менее разнообразен, чем мир звезд. Напом­ним, что общее число галактик в наблюдаемой области Вселенной
рических ЕО до очень сплюсн) гых Е7. Спиральные галактики, ха­рактеризующиеся наличием спиральных рукавов, делятся на нор­мальные спирали (S) и пересеченные спирали (SB). У первых спи­ральные рукава начинаются от ядра галактики, у вторых они закру­чиваются от краев яркой прямой перемычки, пересекающей центр галактики и выходящей далеко за пределы галактического ядра. В зависимости от характера спиральной структуры, от того, как рас­кручиваются спиральные ветви, как быстро они удаляются от ядра (или перемычки) — и нормальные, и пересеченные спирали под­разделяются еще на несколько подтипов, обозначаемых буквами а, Ь, с… Напримерj Sa, SBc и т. д. (см. рис. 2.1.31). Наша Галактика, вероятней всего, относится к типу Sb. Существует также промежу­точный тип между эллиптическими г | тактиками и спиралями. Они получили название линзообразных (обозначаются SO). У линзооб­разных галактик различается ядро, диск и слабый ореол (гало) вок­руг него. В наружных частях диска иногда видньг зачатки (или ос­татки) спиральных рукавов и перемычки, а иногда наблюдается на­ружное кольцо. Любопытно, что этот тип галактик был предсказан теоретически, и J-ишь затем они бьии обнаруженьг. Наиболее мно­гочисленны спиральные галакгикг (50 %), э глиптические составля­ют около 25 %, линзообразные — около 20 %, а на долю крупных неправильных (иррегулярных) галактик приходится только 5 %. Фотографии некоторых галактик приводятся на рис. 2.1.32-2.1 ЗЕ

Основные типы галактик отличаются не только по своему внеш­нему виду, но и по составу, структуре и характеру движения. В эл­липтических галактиках нет звезд­ных дисков, они состоя 1 как бьг из одной сферической составляющей. Плотность звезд в них плавно убы­вает с расстоянием от центра галак тики. Эти галактики практически не содержат газа, в их составе нет также молодых звезд; видимо, про­цесс звездообразования в них уже закончился. Звезды вращаг гея во­круг центра эллиптической галак­тики в самых различных плоско­стях, а сами галактики, как целое, вращаютст очень медленно. По размерам они охватывают широкий ииапазон — от 3 кпк (карликовые галактики) дс п [гантских галак­тик диаметром 100 кпк. Соответственно, массы их изменяются or 106 до 1012 Ме, а светимость от 106 до 10" LB.

Спиральные галактики представляют собой сильно уплощенные звездные системы. Подобно нашей Галактике, они состоят из диска и гало, в центральной части их расположено сфероидальное взду­тие (балдж), внутри которого находится iалактическое ядро. В спи­ральных ветвях диска сосредоточены самые яркие молодые звезды, диффузные туманности, молодые звездные скопления и ассоциа­ции. Поэтому спиральный узор в галактиках так отчетливо выделя­ется, хотя на долю спиральных ветвей приходится всего несколько процентов массы каждой галактики. Основная масса звезд равно­мерно распределена в галактическом диске Их химический состав
близок к солнечному. Звезды вращаются вокруг центра галактики по почти круговым орбитам в плоскости, совпадающей с плоско стью диска. Звезды гало имеют сфероидальное пространственное распределение, сильно концентрируясь к центру галактики. Они вра­щаются по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, наклонен-

Ным под всевозможными углами к галактической плоскости Звез ды гало относительно бедны тяжелыми элементами, это наиболее старые звезды спиральных i алакшк — их возраст порядка 10 млрд лет. Диапазон масс и светимостей у спиральных галактик более уз­кий, чем у эллиптических: мас­сы заключены в пределах от 109 до 1012 УИ0,а светимость от 108 до 10" L0.

В неправильных галактиках полностью отсутствует сфери­ческая составляющая. Большин­ство звезд сосредоточено в плоском щеке, но спиральных ветвей в нем нет, отсутствует так­же галактическое ядро. В них много молодых звезд и много газа, в некоторых галактиках газ со стаи л лет до 50 % общей массы.

Описанные основные типы галакт ик не исчерпывают всего их многообразия. Известный советский астроном Б. А. Вороицов — Вельяминов изучил с помощью микроскопа (!) фотографические снимки неба («Паломарский атлас»). Он описал мноше сотни пе­кулярных галактик, кахдая из которых имеет совершенно уникаль­ную форму. Среци них Б. А. Воронцов-Вельяминов выделил осо­
бый тип взаимодействующих галактик. Это, ка:с правило, двойные галактики, в которых между компонентами наблюдаются перемыч­ки светлой и темной материи или хвосты, уходящие далеко в межга лакгическое пространство. Считается, что наша Галактика вместе с ее ближайшими спутниками Магеллановыми Облаками также об­разует взаимодействующую систему От Магеллановых Облаков в сторону нашей Галактики движется поток газа, полная масса кото­рого составляет не менее 100 млн солнечных масс. На небе этот поток образует длинную полосу, протянувшуюся из южного полу­шария! в северное более чем на 90°. Однако ни в какие оптические телескопы его не видно, он был обнаружен по радиоизлучению ней трального водорода на волне 21 см.

Особый гип галактик представляют галактики с активными яд­рами[83] . Хотя доля обт "ма, занимаемого ядрами галактик, ничтох: на (менее 10 от полного объема галактики), количество энергии, излучаемое активными ядрами (их светимость), составляет замет­ную долю от светимости галакгики в целом. При этом светимость ядра не остается постоянной, она может заметно меняться за время от нескольких недель до нескольких месяцев. В некоторых случаях из активных ядер истекают потоки газа, движущегося со скорое гя ми в несколько десятков тысяч километров в секунду.

К числу 1алактик с активными ядрами от носятся раджл алакти — ки. У обычных галакгик светимость в радиодиапазоне в миллионы раз меньше, чем в оптическом. Радиогалактики излучают в радиоди­апазоне столько же энергии, как и в оптической области спектрт (или даже больше). Эти мощные потоки радиоволн являются след ствием тех бурных процессов, которые протекают в ядре галакти­ки. Из ядра радиогалактик выбрасываются интенсивные потоки эле­ментарных частиц (космических лучей), движущихся с околосвето­выми скоростями, чаще всего в двух противоположных направлениях. Двигаясь в машитном поле, электроны космических лучей порождают мощное синхротронное радиоизлучение. За счет этого процесса вблизи таких галактик образуются интенсивные ра­диоисточники, по размерам превосходящие размеры самой галак­тики. Примером может служить один из ярчайших источников Ле­бедь А (рис. 2.1.36).

Долгое время самьи 1и загадочными объектами за пределами на­шей Галактики оставались квазары (квазизвездные радиоисточни­ки). Они были обнаружены в 1963 г. и поистине стали астрономи­ческой сенсацией. Для объяснения квазаров было выдвинуто много

Остроумных гипотез, но постепен — ________ . …._. _______

Но стала проясняться их связь с га — К • лактическими ядрами. На фото1 ра — фиях квазары выглядят, как слабые

Голубоватые звездочки. Однако I ]

Спектр их совершенно не похож ии 1

На спектр звезд, ии на спектр галак — I I

Тик. В отличие от линий поглоще — i

Ния звездного спектра, спектр ква-

Заров содержит яркие эмиссионные

Линии. Когда было измерено рас — о

Стояние до квазаров, оказалось, что это самые далекие объекты в наблюдаемой области Вселенной Обычные галактики на таких рас­стояниях невозможно было бы обнаружи гь. Следовательно, кваза ры не только самые далекие, но и самые мощные, обладающие са мой высокой светимостью объекты Вселенной. Особенно много энергии излучают они в инфракрасной области спектра. Дальней-
ш«с исследования показали, что вокруг квазаров наблюдается сла­бое свечение, обусловленное присутствием звезд. Это позволило связать квазары с ядрами далеких галакт ик. Следует иметь в виду, что в квазарах, так же как в активных галактических ядрах, наблю­дается излучение быстро движущегося газа скорость которого дос тигает тысяч км/с). П< щобно активным ядрам многие квазары за­метно меняю" свою светимость за время порядка нескольких меся­цев. Все Jto указывает на то, что квазары — это ядра далеких I алактик, которые находятся на ранни., стадиях эволюции в состоянии очень высокой активности. Такое представление позволят* выяснить место квазаров в ряду других объектов Вселенной, но это не раскрывает загадку их приооды, поскольк природа самих галактических ядер, источников их энергии остается неизвестной. Великий астроном XX века Джеймс Джичс считал, что в центре галактик находятся осо­бые точки, где «в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других чространственных измерений..»"7. Как шать, может быть, эта мысль — в несколько измененном виде (как это не раз случалось в истории науки) — получит со временем подтверждение и развитие

Таков многообразный мир галактик. Нам остается рассмотреть, каким образом они распределены в пространстве. Подобно звез­дам галактики образуют группы, скопле­ния и сверхскопления. Скопления делятся на правильные и неправильные Правиль­ные скопления обладают сферической формой и содержат десятки тысяч галак­тик. Неправильные скопления менее насе­ленные, в них входят от нескольких десят­ке з до нескольких сотен галактик. Ближай­шее к нашей Галактике скопление галактик находится в созвездии Девы, это непра­вильное скопление, содержащее около 200 г алактик, расстояние до него 20 мегапар секов (Мпк), размер скопления 5 Мпк. Бли­жайшее сферическое скопление находится в созвездии Волосы Вероники, на рассто­янии 125 Мпк, оно содержит более 30 тыс. галактик. Самое далекое скопление их тех, до которых измерено расстояние, также находится в Волосах Вероники, расстояние до него 5200 Мпк. Всего сейчас известно более 7000 скоплений.

Часть галактик (около 10 %) не входит в скопления. Среднее рас­стояние между ними 1-2 Мпк, приблизительно в 100 раз больше размеров галактик. Среднее расстояние м^жду галактиками в скоп­лениях — несколько сотен килопарсек, всего в 10-20 раз меньше размеров i алактик. В этом отношении распределение галактик сильно отличается от распределения звезд: среднее расстояние между звез­дами приблизительно в 20 млн раз превышает их размеры. Таким образом, галак гики «упакованы» в пространстве гораздо более плот­но. Еще «плотнее» упакованы скопления галактик, расстояние между ними практически одно­го порядка с размером скопле­ний. Часть скоплений, как было уже сказано, объединяются в сверхскопления.

Наша Галактика и Туман носгь Андромеды входит в со­став так называемой Местной группы галактик. Она содержит около 40 членов и состоит из двух семейств — семейства Млечного Пути (нашей Галак­тики) и семейства Андромеды. В семейство нашей Галактики

Входят несколько карликовых сфероидальных гачакгик, не­сколько внегалактических ша — Рис — 2J’38" гнк" М 31 (Туманность

Андромеды)

Ровых скоплении И неправиль- Ближайшая # .ЩГ ал ктика, расположенная Ные галактики— Большое и на расстоянии около 2 миллионов световых Малое Магеллановы Облака. В лет’относится " ™"У спиральных галактик Семейство Андромеды входит

Дюжина галактик различных типов. Кроме того, около 10 непра­вильных галактик образуют периферию Местной группы. Местная группа, скопление в Деве и еще ряд скоплений образуют Сверхскоп­ление галактик, диаметр его около 30 Мпк, а число галактик поряд­ка 20 гысяч. С нашим Сверхскоплением соседствует сверхскопление в созвездии Льва (расстояние 140 Мпк) и в созвездии Геркулеса (рас­стояние 190 Мпк). Всего пока выделено около 50 сверхскоплений.

Как распределены сверхскопления? Заполняют ли они равномер­но все пространство наблюдаемой Вселенной или образуют струк­
туры еще более высокого порядка — «скопления сверхскоплений», как это предполагалось в теории островной иерархической Вселен­ной? Оказалось — ни то, ии другое. Крупногласнпабная структура Вселенной состоит из сети объемных ячеек, что-то наподобие ги­гантских пчелиных сот с размером ребра порядка 100 Мпк. Стен­ки ячеек образованы сверхскоплениями г алактик, а внутри ячеек га­лактик почти нет. Эти области получили название пустот или вой — дов. На пересечении стенок расположены длинные тонкие волокна, толщиной около 10 Мпк. Эти волокна представляют собой наибо­лее мощные сверхскопления. А на пересечении волокон в вершинах ячеистой структуры распола1 аются самые крупные, богатые скоп­ления галактик. Важно подчеркнут ъ, что ячеистая структура не со­бирается в более крупные образования, а в среднем равномерно заполняет пространство наблюдаемой Вселенной.

Подобные ячеистые CrpyKiypbi широко распространены на Зем­ле, в минеральном царстве и в живой природе. Мы встречаемся с ними на Солнце в явлениях фотосферной грануляции и хромос — ферной сетки. И, наконец, они проявляю. ся на самых верхних эта­жах структурной лестницы Вселенной. Это свидетельствует о том, что во Вселенной в явлениях самых различных масштабов — от мо­лекул до сверхскопл^иий галакти] действуют одни и те же законы организации материи118.

Вся доступная наблюдениям область Вселенной, включающая в себя га гактики, их скопления и сверхскопления, собранные в ячеи- ггую структуру, образуют систему, называемую Метагалактикой"9.