Солнечная система погружена в огромную звездную систему - Галактику, насчитывающую сотни миллиардов звезд самой разной светимости и цвета (Звезды в разделе: "Жизнь звезд"). Свойства разных типов звезд Галактики астрономам достаточно хорошо известны. Нашими соседями являются не просто типичные звезды и другие небесные объекты, а скорее представители наиболее многочисленных "племен" Галактики. В настоящее время в окрестностях Солнца исследованы все или почти все звезды, за исключением совсем карликовых, излучающих очень мало света. Большинство среди них составляют очень слабые красные карлики - их массы в 3-10 раз меньше, чем у Солнца. Звезды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6%. Многие наши соседи (72%) группируются в кратные системы, где компоненты связаны друг с другом силами гравитации. Какая же из сотни близких звезд может претендовать на титул ближайшей соседки Солнца? Сейчас ею считается компонент известной тройной системы Альфа Центавра - слабый красный карлик Проксима. Расстояние до проксимы 1,31 пк, свет от нее идет до нас 4,2 года. Статистика околосолнечного населения дает представление об эволюции галактического диска и Галактики в целом. Например, распределение по светимости звезд солнечного типа показывает, что возраст диска 10-13 млрд. лет.
    В XVII столетии, после изобретения телескопа, ученые впервые осознали, насколько велико количество звезд в космическом пространстве. В 1755 г. немецкий философ и естествоиспытатель Иммануил Кант предположил, что звезды образуют в космосе группы, подобно тому как планеты составляют Солнечную систему. Эти группы он назвал "звездными островами". По мнению Канта, одним из таких бесчисленных островов является Млечный Путь - грандиозное скопление звезд, видимое на небе как светлая туманная полоса. На древнегреческом языке слово "галактикос" означает "молочный", поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками.

    Основываясь на результатах своих подсчетов, Гершель предпринял попытку определить размеры и образует своего рода толстый диск: в плоскости Млечного Пути она простирается на расстояние не более 850 единиц, а в перепендикулярном направлении - на 200 единиц, если принять за единицу расстояние до Сириуса. По современной шкале расстояний это соответствует 7300Х1700 световых лет. Эта оценка в целом верно отражает структуру Млечного Пути, хотя она весьма неточна. Дело в том, что кроме звезд в состав диска Галактики входят также многочисленные газопылевые облака, которые ослабляют свет удаленных звезд. Первые исследователи Галактики не знали об этом поглощающем веществе и считали, что они видят все ее звезды.
    Истинные размеры Галактики были установлены только в XX в. Оказалось, что она является значительно более плоским образованием, чем предполагали ранее. Диаметр галактического диска превышает 100 тыс. световых лет, а толщина - около 1000 световых лет. Из-за того что Солнечная система находится практически в плоскости Галактики, заполненной поглощающей материей, очень многие детали строения Млечного Пути скрыты от взгляда земного наблюдателя. Однако их можно изучать на примере других галактик, сходных с шашей. Так, в 40-е гг. XX столетия, наблюдая галактику M 31, больше известную как туманность Андромеды, немецкий астроном Вальтер Бааде заметил, что плоский линзообразный диск этой огромной галактики погружен в более разреженное звездной облако сферической формы - гало. Поскольку туманность очень похожа на нашу Галактику, он предположил, что подобная структура имеется и у Млечного Пути. Звезды галактического диска были названы населением I типа, а звезды гало - населением II типа.
    Как показывают современные исследования, два вида звездного населения отличаются не только пространственным положением, но и характером движения, а также химическим составом. Эти особенности связаны в первую очередь с различным происхождением диска и сферической составляющей.
    Границы нашей Галактики определяются размерами гало. Радиус гало значительно больше размеров диска и по некоторым данным достигает нескольких сот тысяч световых лет. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска. Состоит гало в основном из очень старых, неярких маломассивных звезд. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, которые могут включать в себя более миллиона звезд. Возраст населения сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд. лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. Характерной особенностью звезд гало является чрезвычайно малая доля в них тяжелых химических элементов. Звезды, образующие шаровые скопления, содержат металлов в сотни раз меньше, чем Солнце.
    Звезды сферической составляющей концентрируются к центру Галактики. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется "балдж" ("утолщение"). Звезды и звездные скопления гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Из-за того что вращение отдельных звезд происходит почти беспорядочно, гало в целом вращается очень медленно.
    По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Скорость его вращения не одинакова на различных расстояниях от центра. Она быстро возрастает от нуля в центре до 200-240 км/с на расстоянии 2 тыс. световых лет от него, затем несколько уменьшается, снова возрастает примерно до того же значения и далее остается почти постоянной. Изучение особенностей вращения диска позволило оценить его массу. Оказалось, что она в 150 млрд. раз больше массы Солнца. Население диска очень сильно отличается отнаселения гало. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звездные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них очень много ярких и горячих звезд.
    Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он расположен неравномерно, образуя многочисленные газовые облака - гигантских неоднородных по структуре сверхоблаков протяженностью несколько тысяч световых лет до маленьких облачков размерами не больше парсека. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород. Приблизительно на 1/4 она состоит из гелия. По сравнению с этими двумя элементами остальные присутствуют в очень небольших количествах. В среднем химический состав звезд и газа в диске почти такой же, как у Солнца.
    Одной из самых интересных областей Галактики считается ее центр, или ядро, расположенное в направлении созвездия Стрельца. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. Поэтому его начали изучать только после создания приемников инфракрасного и радиоизлучения, которое поглощается в меньшей степени. Для центральных областей Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звездами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимые с Луной, и многие тысячи более ярких, чем самые яркие звезды нашего неба.
    Помимо большого колличества звезд в центральной области Галактики наблюдается околоядерный газовый диск, состоящий преимущественно из молекулярнго водорода. Его радиус превышает 1000 световых лет. Ближе к центру отмечаются области ионизованного водорода и многочисленные источники инфракрасного излучения, свидетельствующие о происходящем там звездообразовании. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта - черной дыры массой около миллиона масс Солнца. В центре находится также яркий радиоисточник Стрелец А, происхождение которого связывают с активностью ядра.


    Одним из наиболее заметных образований в дисках галактик, подобной нашей, являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов - спиральные галактики. Спиральная структура в нашей Галактике очень хорошо развита. Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звезды, многие рассеянные звездные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В спиральных ветвях находится большое количество переменных и вспыхивающих звезд, в них чаще всего наблюдаются взрывы некоторых типов сверхновых. В отличие от гало, где какие-либо проявления звездной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Галактическое магнитное поле, пронизывающее весь газовый диск, также сосредоточено главным образом в спиралях.
    Спиральные рукава Млечного Пути в значительной степени скрыты от нас поглощающей материей. Подробное их исследование началось после появления радиотелескопов. Они позволили изучать структуру Галактики по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвездного водорода, концентрирующегося вдоль длинных спиралей. По современным представлениям, спиральные рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование звезд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры не вполне ясны.

Скопления и ассоциации звезд: шаровые скопления

    Скопление - группа звезд, связанных общим происхождением, положением в пространстве и движением. Появилось разделение скоплений на шаровые и рассеяные, затем появился еще один тип звездных групп ассоциации. В небольшой телескоп шаровые скопления выглядят как очень тесные группы звезд. Все они имеют ярко выраженную сферическую или слегка сплюснутую форму, звезды в них сильно концентрируются к центру, сливаясь в одно световое пятно. Только наблюдения с очень высоким угловым разрешением, например на Хаббловском космическом телескопе, позволяют рассмотреть отдельные звездочки вплоть до самого центра. Крупнейшие скопления содержат свыше миллиона звезд. Количество звезд в кубическом парсеке в центрах шаровых скоплений изменяется от нескольких сот до десятков тысяч. Заметим, что в окрестностях Солнца одна звезда приходится на объем более кубического парсека. Диаметры шаровых скоплений составляют от 20 до 100 пк. Шаровые скопления - старейшие объекты нашей Галактики: они образовались одновременно с ней. Когда возраст скоплений был еще невелик, в них входили очень разные по массе звезды. Самые легкие были в несколько раз менее массивны, чем Солнце, а масса наиболее тяжелых превышала солнечную в десятки раз. В массивных звездах все процессы идут интенсивнее, чем в легких, они быстро растрачивают свой запас энергии и "умирают". Поэтому сейчас в шаровых скоплениях присутствуют лишь маломассивные звезды, да и из них большинство находится на поздних стадиях своей эволюции. Когда и они погаснут, в скоплениях останутся только самые маленькие звезды, которые живут очень долго. Зная, сколько в скоплении звезд с различной массой, можно определить, как давно оно возникло. Возраст шаровых скоплений, оцененный таким образом, превышает 12 млрд. лет.
    Массивные звезды, бывшие когда-то членами этих систем, не пропали бесследно. После них остались белые карлики, нейтронные звезы и, возможно, черные дыры. Чаще всего они обнаруживают себя по гравитационному взаимодействию с другими членами скопления. Результат: вспышки новых звезд, пульсары. Старые звезды часто теряют устойчивость и начинают регулярно менять яркость - становятся переменными. Подобных звезд - цефеид - в шаровых скоплениях открыто очень много. Родившись одновременно с Галактикой, шаровые скопления практически сохранили химический состав того гигантского догалактического облака, из которого они сформировались. Низкое содержание тяжелых химических элементов. История образования шаровых скоплений отразилась на их пространственном распределении в Галактике. Все они располагаются сферически симметрично относительно центра Галактики.

Скопления и ассоциации звезд: рассеяные скопления

    Рассеяных скоплений известно гораздо больше, чем шаровых, хотя открывать их значительно труднее. Из-за низкой звездной плотности их легко спутать со случайными звездами, наблюдаемыми в том же направлении. Выделить реальные группы звезд можно, исследовав их движение в пространстве и удаление от Солнца. Если звезды, находящиеся примерно на одинаковом расстоянии от нас, движутся в одном и том же направлении, скорее всего они действительно связаны в одну систему. Всего сейчас обнаружено более 1200 рассеяных скоплений. Самые известные среди них - Плеяды и Гиады. Как правило, рассеяное скопление состоит из нескольких сот или тысяч звезд, наиболее богатые содержат около 10 тыс. членов. Масса рассеяных скоплений невелика, и их гравитационное поле не в состоянии долго противодействовать разрушению скоплений. Просуществовав около миллиарда лет, они растворяются в океане Галактики. В самых молодых скоплениях звезды еще продолжают рождаться у нас на глазах. Вокруг многих звезд видны остатки тех газовых облаков, из которых они возникли. В рассеяных скоплениях много массивных, очень ярких звезд, переменных и вспыхивающих звезд различных видов, звезд с необычным химическим составом. В среднем содержание различных элементов в скоплениях близко к солнечному. Но оно может сильно отличаться у разных скоплений. Кроме того, наблюдения указывают на возможную зависимость химического состава рассеяных скоплений от расстояния до центра Галактики: чем ближе скопление к центру, тем больше в нем тяжелых элементов.
    Ассоциации помимо рассеянных скоплений хорошо изучен еще один тип группировок молодых звезд, объединенных общим образованием. Это - звездные ассоциации. Они более разрежены, чем скопления, и превосходят последние по размерам: типична их протяженность 200-300 световых лет. В ассоциации может содержаться от нескольких до нескольких десятков горячих голубых звезд высокой светимости, довольно редко встречающихся в природе из-за своей относительно короткой жизни. Некоторые звезды в ассоциациях настолько молоды, что еще не сформировались окончательно. Ассоциации, как правило, связаны с массивными облаками холодного молекулярного газа, из которого и возникают звезды. Образовавшиеся массивные звезды своим мощным излучением и потоками истекающего из них газа сообщают межзвездной среде большую энергию, нагревая окружающий газ и выметая его из ассоциации. В результате звездная группировка оказывается неустойчивой и, медленно расширяясь, теряется на фоне окружающих звезд.

    В окрестностях Солнца удается проследить участки двух спиральных ветвей, удаленных от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где обнаруживаются эти участки, их называют рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце находится почти посередине между этими спиральными ветвями. Правда, сравнительно близко от нас, в созвездии Ориона, проходит еще одна, не столь явно выраженная ветвь, считающаяся ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики. Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 23-28 тыс. световых лет. Это говорит о том, что Солнце расположено посередине между центром и краем диска. Вместе со всеми близкими звездами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 200-220 км/с, совершая оборот примерно за 200 млн. лет. Значит, за все время своего существования Земля облетела вокруг центра Галактики не более 30 раз. Скорость вращения Солнце вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движется волна уплотнения, формирующая спиральный рукав. Такая ситуация в общем неординарна для Галактики: спиральные ветви вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы колеса, а движение звезд, как мы видели, подчиняется совершенно иной закономерности. Поэтому почти все звездное население диска то попадает внутрь спиральных ветвей, то выходит из них. Единственное место, где скорости звезд и рукавов совпадают, - это так называемая коротационная окружность. Именно вблизи нее и располагается Солнце!
    Для Земли это обстоятельство крайне благоприятно. Ведь в спиральных ветвях происходят бурные процессы, порождающие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не могла бы от него защитить. Но наша планета существует в относительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов и миллиардов лет не испытывала катастрофического влияния космических катаклизмов.

    При изучении нашей Галактики астрономы сталкиваются с серьезной проблемой: Солнце находится почти точно в плоскости Млечного Пути, где сосредоточены межзвездный газ и пыль, поглощающие свет далеких звезд. Поэтому мы видим лишь часть галактического диска, не далее нескольких килопарсек от Солнца. Особенно сложно "пробиться" с помощью оптического телескопа к центру Галактики, чтобы изучить его строение и измерить расстояние до него. Для астрономов это очень важная величина, задающая масштаб всех прочих расстояний в Галактике. Без нее невозможно определить скорость вращения и массу Галактики, расстояния до далеких звезд, скоплений и туманностей.
    Сначало астрономам даже неясно было, в каком направлении расположен центр Галактики. Впервые это направление "нащупал" в 1917 г. американский астроном Харлоу Шепли. Он предположил, что шаровые звездные скопления, населяющие гало Галактики и поэтому видимые на больших расстояниях, симметрично распределены вокруг вокруг галактического центра. Заметив, что шаровые скопления в основном видны в направлении созвездий Скорпиона, Змееносца и Стрельца, Шепли понял, что где-то там и находится центр Млечного Пути.
    В 40-х гг. инфракрасные телескопы, значительно менее чувствительные к межзвездному поглощению, чем оптические, указали на большую концентрацию звезд в созвездии Стрельца. А позднее радиотелескопы, которым пыль вообще не помеха, зафиксировали в этом созвездии мощный радиоисточник Стрелец А. Он-то и совпадает с центром Галактики.
    Теперь следовало опр