Радиотелескоп в сарае. Часть 1. Что мы знаем о нашей Галактике?
Пролог. Не так давно я закрыл свою личную задачу, тянущуюся еще с подросткового возраста — построить собственными руками радиотелескоп и получить с помощью него сигнал от какого-либо космического объекта. Читатель, вероятнее всего, подумает: «Почему именно радиотелескоп, что это вообще такое и для чего оно нужно?». На первую часть вопроса отвечу сразу: потому что всем известный обычный телескоп я в свое время уже делал, да и ввиду относительной простоты он для меня не тянет на «гештальт». А вот ответу на вопрос «Что это и зачем?» и посвящен настоящий цикл статей. Правда, несмотря на то, что начать нам придется издалека, речь пойдет лишь об одной области знаний из множества, что нам принесли радиотелескопы — детальное изучение Галактики. Во-первых, это, на мой взгляд, один из самых ярких примеров достижений радиоастрономии, во-вторых, мой радиотелескоп тоже предназначен для этого и в-третьих — нам не объять необъятного — радиоастрономия, хоть и молодая наука, но в ее копилке очень много достижений.
Многие знают, что белесая полоска на небе, видимая ясной морозной ночью далеко за городом, носит название Млечного Пути. Чуть меньше людей осознает, что это как-то связано с нашей Галактикой — «островом» звезд.
То, что белая полоса означает галактику, человечество догадалось довольно-таки давно. Общепринятое в настоящее время название «Млечный Путь» пришло к нам из Древнего Рима, куда оно перекочевало из астрономии Древней Греции, где было синонимично слову «галактика». Еще древнегреческий философ Демокрит (около 460-370 год до н.э.) догадывался о том, что Млечный Путь — это множество тусклых звезд, которые сливаются в светящуюся полосу. Как водилось в средние века, догадка Демокрита оказалась забытой, а Млечный Путь «переоткрывали» вновь и вновь: то объявляли его отражением солнечного света, то говорили, что это светящиеся в небе земные газы или какое-то скопление звездных паров, пока в 1610 г. Галилей в свой телескоп самолично не увидел россыпь светящихся точек. Дальнейший шаг к тому, что бы признать Млечный Путь местным скоплением звезд приложил неординарнейший человек — Уильям Гершель, композитор, ставший великим астрономом и создателем телескопов. Он, проведя скурпулезные наблюдения, построил первую модель нашей Галактики и оценил ее размеры, введя новую меру длины — световой год, то есть расстояние, которое свет проходит за год. Поверьте, расстояние это гигантское, ибо свет — самое быстрое, что мы знаем на данный момент. Можно, конечно, привести значение светового года в привычных нам километрах, но число в почти 10 триллионов мы все равно осознать не в состоянии.
Потом, вместе с качественным и количественным расширением наблюдений, исследователи закономерно все больше узнавали о Галактике. Глядя на Солнечную систему, легко принять, что у Галактики должен быть центр. В конце XIX - начале XX века астрономы пришли к выводу, что центр должен быть расположен вблизи границы созвездий Стрельца, Скорпиона и Змееносца. В конце 1920-х годов уже было доказано, что Галактика вращается. Все звезды, включая, и наше Солнце, движутся вокруг ее центра. Солнце мчится по своей галактической орбите со скоростью 250 км/с, совершая один оборот вокруг центра Галактики за 200 миллионов лет, за один наш галактический год, о котором мы и не подозреваем.
Нетрудно предположить, что Галактика может иметь форму диска, коль мы видим на небе ее полосу , в которой сами же и находимся. Глядя на другие галактики, которым, минуточку, на небе нет числа, астрономы догадывались и о другом варианте — спиральной структуре. Если выйти зимой померзнуть в ясную безлунную ночь, и дав привыкнуть глазам к темноте, можно найти между Кассиопеей и Пегасом тусклую полоску света с расплывчатыми краями, этакое облачко тумана — это будет знаменитая своим названием Туманность Андромеды, а по существу — спиральная галактика. То, что она спиральная, увы, можно увидеть только в серьезный инструмент, но все-ж ключевое слово здесь — увидеть. Так что и наша Галактика тоже может быть спиральной, то есть состоять из центра и спирально «навиваемых» на него рукавов, состоящих из газа, звезд и пыли, а не просто иметь однородный сплошной диск, как у некоторых линзовидных галактик.
Однако как ни смотри на Млечный Путь, с торца Галактики ее рукавов не разглядеть, даже в большие оптические телескопы. Тем не менее, открыв любую энциклопедию по астрономии, даже детскую, мы увидим потрясающий рисунок Галактики со стороны. Как будто какой-то аппарат вылетел за пределы Млечного Пути и сфотографировал его для нас со стороны. Если кто не в курсе, такого события еще не было и будет оно не скоро — наша техника пока далека от таких задач. Все изображения Галактики, что мы видим в книгах и интернете — это картины художников, опиравшихся при их создании на научные факты и собственную фантазию. Хотя этих картин и немного, все они отличаются друг от друга в деталях — какие-то были сделаны до открытия новых данных о структуре Млечного Пути, в каких-то художник дал излишнюю волю своему творческому порыву. Но в любом случае, в общих чертах старания художников дают хорошее и правильное общее представление об «острове звезд», в котором мы с вами живем.
20 лет назад благодаря работе космического инфракрасного телескопа «Спитцер» стало известно, что в центре Млечного Пути имеется перемычка. Чуть позже было установлено и наличие ближайших к центру рукавов (Ближний и Дальний трехкилопарсековые рукава). Роберт Херт на основе этих исследований создал замечательную иллюстрацию Галактики. Правда, он не очень много уделял внимания внешним частям и изобразил Млечный Путь с двумя основными рукавами, на остальных же Хёрт не стал акцентировать внимание. Это вызвало споры, поскольку многие астрономы утверждают, что у Млечного Пути четыре основных рукава. И да, до сих пор недостаточно данных о строении Галактики, что бы точно сказать даже о количестве самых больших рукавов.
К сожалению, астрономы пришли к единому мнению относительно названия только одного из рукавов Галактики. Он называется рукавом Персея и был открыт в 1950-х годах. Это спиральный рукав, который первым бросается в глаза при взгляде на внешнюю часть галактики (180° галактической долготы на рисунке, на небе это в направлении созвездий Персея и Кассиопеи). Другой крупный рукав в научной литературе могут называть, загибайте пальчики: рукавом Щита-Креста, рукавом Щита-Центавра, рукавом Креста-Центавра, рукавом Креста-Щита, рукавом Щита, рукавом Креста, рукавом Центавра и даже рукавом Щита-Креста-Центавра. Щит, Крест и Центавр, кто не знает — это созвездия, через которые, логично догадаться, проходит этот рукав на небе при виде с Земли. К прочим рукавам отнеслись примерно так же, как к улицам в некоторых городах, которые меняют названия каждые несколько кварталов. Такую неразбериху не очень-то ожидаешь встретить в таком сугубо фундаментальном научном деле, как исследование Галактики.
Теперь немного слов о положении Солнца и, соответственно, Земли в этом гигантском скоплении. Солнечная система находится на краю второстепенного рукава Ориона, являющимся ответвлением от двух основных рукавов галактики— Стрельца и Персея. Самые ближайшие к нам звезды находятся в нескольких световых годах, большинство видимых на небе звезд находятся не далее 100 св. лет. Вообще, практически все звезды, что мы видим, принадлежат лишь местному рукаву Ориона — небольшой части Галактики. Не знаю как вас, а меня этот факт очень поразил в свое время.
Что бы представить масштаб нагляднее, примем за 1000 св. лет один миллиметр. То есть в радиусе миллиметра мы видим почти все звезды невооруженным взглядом. Вся Галактика в этом случае будет иметь диаметр, равный 10-12 см, то есть больше в 60 раз обозримого круга. Мы видим глазами, оказывается, совсем немного своей Галактики, не говоря уже о других «островах звезд».
Что бы еще больше поразиться масштабами, стоит знать, что наша Галактика не одиноко бороздит просторы Вселенной, а делает это со множеством других галактик, называемых Местной группой. Галактики Местной группы вращаются вокруг общего центра масс, при этом входя в еще большее семейство взаимодействующих друг с другом «островов звезд» — Местное сверхскопление. Если вернуться к нашей аналогии, где Галактика имела диаметр 10-12 см, размер Местного скопления станет равным 4 метрам, а размер Сверхскопления— 15 метрам. А мы с вами на небе видим звезды на эквивалентном расстоянии не более 1 мм! Что до видимой части Вселенной, то есть той части, от дальних краев которой свет успел достичь Земли за все время своего существования, то она в нашем примере будет иметь диаметр в 46 км. 1 мм от 46 км — это две миллионные доли процента — столько мы обозреваем глазами по расстоянию относительно размера Вселенной. Однако если посчитать, какую долю ее объема мы видим, то результат будет еще более удручающим: если сферу, в которой находится большая часть видимых ночью звезд, принять за волейбольный мяч, то вся Вселенная будет размером с Землю.
Можно продолжить рассматривать «матрешку» надгалактических образований, где нам встретятся такие романтические названия, как Ланиакея или Великий аттрактор, однако давайте остановимся, ибо цель этой статьи — лишь кратко показать, что мы знаем о структуре своей галактики Млечный Путь. Знаем, на самом деле, немало. Да, многие детали и целые области нам неизвестны, но общая картина сформирована не так уж плохо. О том, почему, собственно, материя Галактики образовывает рукава, мы порассуждаем позже, к концу цикла статей — пусть это будет небольшой интригой. А в следующей части речь пойдет об общих методах познания глубокого космоса, которые доступны человечеству, поэтому не теряйтесь, пишите замечания и вопросы, если тема хоть немного разбудила у вас интерес, ведь познание космических далей, на мой взгляд, всегда романтично.
Такова уж особенность звездного неба: у всякого, кто глядит на него, сладко щемит сердце. Возможно, мы и в самом деле родом откуда-то оттуда? Борис Акунин