Галактика Млечный путь – описание, структура, схемы, открытие, будущее и видео

Планета Земля и планеты Солнечной системы являются частью галактики, именуемой Млечный Путь. Галактика Млечный Путь вместе с миллиардами других галактик составляет Вселенную, а Вселенная – это весь материальный мир, который не имеет границ в пространстве, существует вечно и по формам, принимаемым материей в ходе своего развития, является бесконечным.

Слово галактика ведёт своё происхождение от древнегреческого galaktikós – млечный. Древние греки вкладывали в это слово понятие «молочное кольцо» – именно так в древности наблюдатели описывали видимое на ночном небосводе явление.

Сегодня принято, что если в научной литературе слово Галактика пишется с заглавной буквы, то это означает, что речь идёт о галактике Млечный Путь.

Галактика представляет собой систему из звёзд, скоплений звёзд, межзвёздного газа и межзвездной пыли, а также иного вида материи, называемой тёмной, и планет.

Все перечисленные космические объекты связаны между собой силами гравитации (притяжения). Именно поэтому галактические составляющие и выделяют в отдельную систему.

Млечный Путь – это галактика, в которую входит планета Земля, Солнце и планеты Солнечной системы, а также отдельные звёзды, видимые на ночном небе без специальных приборов, то есть невооружённым глазом.

Строение и основные характеристики

Наша галактика имеет ряд интересных и уникальных особенностей, с которыми вы можете ознакомится ниже:

Размер галактического диска

Галактики, Млечный путь, Андромеда, М87, IC 1101, сравнение размеров, космос, вселенная, фото, иллюстрация
Самая большая галактика во вселенной в сравнении с другими галактиками слева на право: Млечный путь, Андромеда, М87 и IC 1101. Изображение: Fernando de Gorocica / Wikimedia Commons

По своей форме Млечный путь представляет собой диск. Учёные определяют размеры галактики, соотносительно её геометрии. Длина диаметра диска составляет около 30 тысяч парсек, что приблизительно равняется 100 тысячам световых лет или в земном метрическом исчислении одному квинтиллиону километров. Усреднённое значение толщины диска Млечного пути равняется 1 тысяче световых лет.

Учёные Канарского института (Институт астрофизический исследований, Канарские острова, Северная европейская обсерватория) провели изучение данных, полученных при исследовании галактики и сделали вывод, что диаметр диска Млечного Пути равен приблизительно 200 тысячам световых лет.

В результате на сегодняшний день можно предположить, что диаметр диска Млечного Пути находится в пределах от 100 до 200 тысяч световых лет.

Количество звёзд

Млечный путь, галактика, космос, звезды, планеты, ночное небо, лес, хвойный деревья

В настоящее время учёные-астрофизики насчитывают в Галактике от 0,2 до 0,4 триллиона звёзд. Основное их количество образует по форме плоский диск, в котором и сосредоточена основная масса этих галактических тел.

Кроме этого, Млечный Путь имеет от 0,25 до 0,1 триллиона коричневых карликов – космических тел, схожих со звёздами, но имеющими размеры всего лишь в несколько десятков раз больше, чем, например, планета Юпитер Солнечной системы.

Сходство же со звёздами у коричневых карликов проявляется в том, что внутри и тех и других космических тел непрерывно происходят термоядерные реакции, и выделяется тепло в открытое космическое пространство. Вследствие этого такие космические тела, идентичные звёздам по строению и физическим процессам, но отличающиеся от них лишь по размерам, и получили название карлики.

Масса Галактики

галактика, Млечный путь, картинка, рисунок, иллюстрация
Галактика Млечный путь в представлении художника: NASA / GSFC

Современная астрофизика столкнулась с нерешённой пока задачей – какова общая масса галактики Млечный Путь? С открытием такой составляющей Галактики как тёмная материя, изучение которой в сегодняшнее время находится только на начальной стадии, учёные обнаружили, что масса этой материи составляет большую часть от массы всей Галактики.

Свойства, строение и массу тёмной материи, её влияние на космические тела во Вселенной, в том числе в Млечном Пути, ещё предстоит изучить. Тем не менее, на сегодняшний день можно принять, что масса галактики Млечный Путь на расстоянии 130 000 световых лет от галактического центра составляет приблизительно 1500 масс звезды Солнце.

Эти данные астрофизики представили на основе объединения данных миссии «Gaia» (оптический телескоп Европейского космического агентства (ЕКА), выведен на орбиту Земли 19 декабря 2013 года с целью составления подробной звёздной карты Млечного Пути)  и миссии «Hubble» (космический телескоп-обсерватория, совместный проект НАСА (США) и ЕАК, выведен на орбиту Земли 25 апреля 1990 года).

Диск

галактика, Млечный путь, картинка, рисунок, иллюстрация, центр
Художественная концепция галактики Млечный Путь / Nick Risinger

Млечный Путь является спиральной галактикой. Однако, имеет важную особенность, о наличии которой учёные-астрофизики высказали гипотезу в 80-х годах 20 века. Данная особенность заключается в том, что Млечный путь – не обычная спиральная галактика, а спиральная галактика с перемычкой.

Выдвинутая ранее это теоретическое предположение подтвердилась информацией, полученными в 2005 году космическим телескопом имени Лаймана Спитцера (космический телескоп НАСА, выполняет сбор информации в инфракрасном диапазоне излучения, запущен в космос 23 августа 2003 года, назван в честь американского учёного-астрофизика Лаймана Спитцера (1914–1997), изучавшего физику звёзд).

По полученной с него информации астрофизики установили, что Млечный Путь имеет центральную перемычку. Перемычкой спиральной галактика является скопление ярких звёзд, которое в виде «объёмной полосы» или «бара, бруска» проходит через центр галактики. Спиральные ветви в таких галактиках исходят из концов перемычки, а в обычных спиральных галактиках ветви выходят непосредственно из ядра.

В области центра Галактики галактический диск имеет диаметр 0,1 миллиона световых лет. Диск движется во вращении значительно быстрее, чем гало – невидимая сфера галактики, простирающаяся за видимую часть галактики и состоящая из звёзд, горячего газа и тёмной материи.

Скорость вращательного движения диска Галактики в центре нулевая. С увеличением отдалённости от центра она возрастает. На расстояния 2000 световых лет от диска скорость вращения диска уже составляет 240 км/с. На этом участке Галактики учёные-астрофизики определили стремительное возрастание скорости вращения. Далее наблюдается небольшое её снижение. А затем скорость вращательного движения диска возрастает и вновь достигает значения 240 км/с, и уже остаётся приблизительно неизменной, то есть расхождение с данной величиной небольшое.

Именно исследование вращения диска Галактики дало возможность астрофизикам сделать оценку массы диска (150 миллиардов масс Солнца).

Если рассматривать плоскость диска Галактики, то вблизи плоскости можно наблюдать сосредоточение молодых звёзд и звёздных скоплений, которые образуют так называемую плоскую составляющую. Значительная часть этих звёзд имеет высокую яркость и высокую температуру (горячие звёзды).

Аналогично расположению таких звёзд и их скоплений основная масса газа Млечного Пути сконцентрирована около плоскости диска. Особенностью распределения газа является неравномерность, вследствие чего образуются многочисленные газовые облака: гигантские, которые тянутся на несколько тысяч световых лет и малые, гораздо меньших размеров (не более 3,2 светового года).

Интересным представляется вопрос возраста Млечного Пути. Учёные-астрофизики получили информацию с космического телескопа Kepler (космическая обсерватория НАСА, названа в честь немецкого математика и астронома, запущена на орбиту Земли 6 марта 2009 года, функционировала до 12 мая 2013 года, предназначалась для поиска экзопланет и исследования звёзд), на основании которой определили – средний возраст толстого диска Галактики, где сконцентрировано 4/5 от общего числа звёзд системы, составляет 10 миллиардов лет.

Ядро

Чёрная дыра, Стрельца А*, симуляция, Млечный Путь, центр галактики
Симуляция сверхмассивной чёрной дыры Стрельца А* / Event Horizon Telescope project

В центральной части галактики Млечный Путь расположен участок, который называют галактическим центром. Длина диаметра данного участка равна приблизительно 6400 световых лет, а его свойства имеют ярко выраженные отличия по сравнению с другими частями Галактики.

Учёные, проводящие исследования физических процессов нашей галактической системы, называют центр Галактики своеобразной «космической лабораторией», потому что и в настоящее время здесь происходят процессы образования новых звёзд системы.

Именно здесь и расположено ядро нашей Галактики, давшее много миллиардов лет назад начало конденсации (сгущения) нашей звёздной системы. Расстояние от Солнца до центра Галактики равняется приблизительно 3 тысячам световых лет.

В центре Галактики, как полагают исследователи, расположена чёрная дыра Стрелец A*. Масса её приблизительно равно 4 000 000 масс Солнца. Это сверхмассивный галактический объект. Вторая по величине чёрная дыра, как предполагают учёные, находится и совершает своё обращение вокруг этой сверхмассивной, и является средней по массе (от 1 до 10 тысяч масс Солнца). Свой полный оборот среднемассивная чёрная дыра совершает за время, равное приблизительно 100 земным годам.

Исследователи установили, что кроме этих двух объектов, в галактическом ядре присутствует ещё несколько тысяч чёрных дыр, которые в сравнении с первыми двумя достаточно небольшие по массе и размерам. Каждая чёрная дыра создаём гравитационное поле. Чем больше масса и размер объекта, тем с большей силой данный объект воздействует на другие, и тем большее по силе гравитационное поле он создаёт.

Чёрные дыры галактического ядра в совокупности создают сверхмощное гравитационное поле. Посредством этой суммарной силы притяжения чёрные дыры воздействуют на галактические звёзды и удерживают их на своих орбитах. Учёные наблюдают, что звёзды под воздействием такого сверхмощного поля гравитации двигаются по нестандартным (необычным) траекториям, которые имеют своеобразные впадины и выпуклости.

Следует отметить, что на основе изучения нашей звездной системы учёные по аналогии выдвигают предположение, что подобная галактика имеет в своём ядре чёрную дыру сверхбольшой массы.

Галактические рукава

Млечный путь, галактика, звезды, орбита Солнца, схема, модель, иллюстрация
Схема галактики Млечный путь и ее рукавов

Галактическим рукавом называют составную часть, которая по форме напоминает рукав (или ответвление) галактики, имеющей спиралевидную форму. Эти структурные элементы состоят из звёздной пыли и газа, молодых звёзд и их скоплений.

Исследователи установили, что спиральные рукава обладают таким свойством, как долгая живучесть, то есть данные структурные галактические элементы имеют достаточно большое время существования, а не «рассеиваются» в окружающем космическом пространстве за сравнительно короткий временной период.

Данный вывод основан на дедукции от обратного: если допустить, что галактические рукава существуют непродолжительное время, тогда следует, что во Вселенной должны преобладать «безрукавные» (неспиральные) типы галактик. Здесь противоречие с наблюдениями за галактиками во Вселенной – во Вселенной преобладающим типом галактик являются спиралевидные объекты.

В основе генезиса (зарождения и развития) галактических рукавов лежит неустойчивость в галактическом диске, вследствие которой материя «отрывается» от диска галактики и в ходе вращения приобретает спиралевидную форму ветвей, который в свою очередь являются волнами плотности.

Галактические спиральные рукава обладают следующими свойствами, доступными для наблюдения:

  • в данных структурных элементах сосредоточено в 2 раза больше молодых звёзд, чем в галактическом диске;
  • количество старых галактических объектов (звёзд) меньше на 1/3, чем в среднем по галактическому диску;
  • количество звездного газа в 2–5 раз превышает количество газа, находящегося в смежных с рукавами областях;
  • наличие большого количества непрозрачной звёздной пыли;
  • постоянное отклонение скорости вращения объектов, составляющих галактические рукава, от круговой.

Интересным представляется факт, что если галактика является спиральной и имеет перемычку, то в спиралевидных галактических рукавах звёзды вращаются по круговой орбите (с очень малыми отклонениями от правильной окружности).

Галактические рукава расположены в плоскости галактического диска. А наша Солнечная система расположена на рукаве Ориона галактики около плоскости Млечного Пути. Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 27 000 световых лет.

Вследствие такого положения Солнца с его планетарной системой возможность визуального наблюдения рукавов Галактики из нашей Солнечной системы отсутствует, а космические расстояния настолько гигантские, что у человечества в настоящее время нет даже зачатков технологий, позволяющих преодолевать такие огромные пространства для наблюдения за нашей Галактикой «со стороны».

Поэтому учёные исследуют форму галактических рукавов, наблюдая молекулярный газ оксид углерода (СО) в космическом пространстве. На основе анализа исследователи определили, что наша галактика Млечный Путь имеет 2 рукава. Эти рукава берут своё начало во внутренней части Млечного пути у перемычки (бара).

Также астрофизики определили, что внутренняя галактическая часть имеет ещё 2 рукава, которые вместе с первой парой составляют структуру четырёх рукавов галактики Млечный Путь во внешней её части, где расположена область (линия) нейтрального водорода.

Галактическое гало

Галактическое гало Млечного пути в представлении художника. Изображение: ESO/L. Calçada

Гало (от греч. halos – круг, диск) представляет собой круги, дуги, столбы, пятна света, видимые вокруг или вблизи дисков звёзд (например, звезды жёлтого карлика Солнца), планет (например, спутника Земли планеты Луна), которые вызываются преломлением и отражением света от материальных частиц в космическом пространстве (соответственно для галактик такие преломления и отражения света соотносятся со звёздами).

Гало Млечного Пути имеет форму сферы и простирается за границы Галактики на 10 световых лет. Диск галактики Млечный Путь окружён гало, которое образуют старые звёзды и шаровые скопления. Почти 90% из этих космических объектов находится на расстояниях до 100 тысяч световых лет от центра Галактики.

Исследования гало непрерывно продолжаются и в настоящее время обнаружено несколько шаровидных скоплений, отстоящих от центра нашей Галактики на расстоянии 2х105 световых лет. Состав гало Млечного пути однороден и имеет преимущественно старые неяркие звёзды с малой массой.

Сферическое гало Млечного Пути имеет космические объекты, возраст которых оценивается более, чем 12 миллиардов лет. Этот возраст принимают за возраст самого Млечного Пути.

Диск Галактики имеет в своём составе большое количество пыли и газа. Эти материальные объекты препятствуют свободному прохождению видимого света. В отличие от этого, сфероидное гало не содержит ни космической пыли, ни космического газа, поэтому видимый свет имеет свободное прохождение и может наблюдаться.

В галактике Млечный Путь в диске идёт интенсивный процесс образования новых звёзд. Особенно активно звёзды образуются в спиралевидных рукавах Млечного Пути, которые являются областями высокой плотности материи. В гало, наоборот, процесса образования новых звёзд нет, он уже завершился.

Современные исследователи выдвигают теорию о том, что основную массу галактики Млечный Путь образует тёмная материя, которая в свою очередь образует гало тёмной материи со сверхгигантской массой, оцениваемой величиной от 600 до 3000 миллиардов масс Солнца.

Относительно особенностей движения гало Млечного Пути учёными на данный момент определено, что составляющие гало звёзды и звёздные скопления движутся относительно центра Млечного Пути, и орбиты из движения являются значительно вытянутыми.

Сами же звёзды, составляющие гало, по отдельности могут двигаться немного хаотично, то есть звёзды-соседи могут иметь самые разные направления своих скоростей. Однако, совокупное движение гало единообразно и происходит с медленной скоростью вращения.

Светимость

Млечный путь, галактика, ночное небо, звезды, космос, человек, астрофото

В общефизическом смысле под светимостью тела понимают величину полного потока света, испускаемого единицей поверхности источника.

В астрофизике используется термин светимость звезды, под которым понимается мощность светового излучения этого космического объекта. Обычно светимость звёзд определяется относительно светимости звезды Солнце. Аналогично данное понятие переносится и на галактику. Здесь рассматривают совокупную (полную) светимость Галактики. Астрофизики оценивают эту величину равной 2х1010 светимостей Солнца.

Движение

Иллюстрация вращения галактики

Галактика Млечный Путь имеет два вида движения. Объекты, составляющие галактическую систему непрерывно совершают вращение относительно галактического центра.

Сама же галактическая система в целом движется в космическом пространстве относительно реликтового (древнего) излучения со скоростью, равной приблизительно 620 км/с. Вектор движения Млечного Пути как единой системы направлен в сторону созвездия Гидры.

История открытия

Схема устройства Галактики из статьи Гершеля «On the Construction of the Heavens», 1785

История открытия галактики Млечный Путь и открытия множественности галактик во Вселенной связано с именами выдающихся учёных. К таковым относятся:

  • Уильям Гершель (1738 – 1822), британец немецкого происхождения, астроном: открыл планетe Уран, а также инфракрасное излучение, исследовал дальний  космос;
  • Иммануил Кант (1724 –1804), немецкий философ, выдвинул научную гипотезу о звёздных туманностях;
  • Харлоу Шепли (1885 – 1972), американский учёный, исследовал переменные звёзды Млечного Пути и других галактик, открыл большое число переменных звёзд в шаровых звёздных скоплениях, исследовал строение галактики Млечный Путь;
  • Эрнст Эпик (1893 – 1985), эстонский астроном-астрофизик, исследовал спиральные туманности;
  • Эдвин Хаббл (1889 – 1953), американский астрофизик, проводил масштабные исследования галактик.

Астрономическая наука развивалась с древнейших времён посредством наблюдений за небосводом. На основании этих наблюдений учёные старались понять, как устроена Вселенная.

В основу понимания устройства Вселенной легла следующая цепь логических рассуждений: Луна вращается вокруг Земли и составляет систему планета – спутник, другие большие планеты Солнечной системы также имеют свои спутники и также формируют системы планета – спутники; далее планета Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца и образуют Солнечную систему; отсюда появляется вопрос: входит ли Солнце вместе с планетами Солнечной системы в систему большего размера?

Уильям Гершель первым из учёных провёл систематическое научное исследование данного вопроса. Он занимался подсчётом звёзд в различных областях неба. На основании своих астрономических наблюдений У. Гершель открыл на небосводе большой круг, который делит небо на две части, равные между собой. Количество звёзд, расположенных на этом круге, оказывается наибольшим.

Следующим важным научным выводом из наблюдений У. Гершеля было положение – участок неба, расположенный ближе к этому кругу, имеет большее число звёзд, а с отдалённостью число звёзд уменьшается. Открытый Уильямом Гершелем большой круг позднее получил название галактического экватора. И наиболее важный вывод – именно на этом круге лежит галактика Млечный Путь, а созерцаемые звёзды образуют гигантскую систему, и эта система является сплюснутой в направлении экватора Галактики.

Немецкий философ Иммануил Кант также внес вклад в концепцию понимания устройства Вселенной. Он выдвинул предположение, что отдельные туманности могут быть галактиками, такими как Млечный путь.

Данная идея Канта получила окончательное доказательство в 20-е годы 20 века. В это время два выдающихся учёных-астрофизика Эрнст Эпик и Эдвин Хаббл смогли измерить расстояние до некоторых туманностей, имеющих форму спирали, и, что самое важное – доказали, что данные космические объекты слишком удалены и поэтому не могут являться частью галактики Млечный Путь.

Расположение Солнечной системы, Солнца и Земли в Галактике Млечный путь

Млечный путь, галактика, Солнце, звезды, черная дыра, схема, иллюстрация, карта
Схема расположения Солнца в галактике Млечный / Wikimedia Commons

Астрофизики в процессе изучения нашей галактики сделали предположительную оценку расстояния от нашей звезды Солнце до галактической  перемычки. Оно приблизительно равно 3,5х104 световых года.

Последние астрономические данные показали, что Солнце отстоит от галактического центра приблизительно на расстоянии, равном 2,7х104 световых года.

Разница в числовых данных указала учёным на однозначный вывод – Солнце расположено ближе к краю галактического диска, чем к центру галактики.

Солнце является звездой (жёлтый карлик), входящей во множество других звёзд нашей галактики. И вместе с ними наша звезда движется вокруг галактического центра со скоростью от 220 до 240 км/с и при этом совершает полный оборот приблизительно за время, равное 200 000 000 лет.

Нетрудно подсчитать, что планета Земля за время своего существования сделала не более 30 полных оборотов вокруг центра Млечного Пути.

Галактика Млечный Путь имеет спиралевидные рукава, два из которых учёным удалось отследить на расстоянии около 3 000 световых лет от Солнца. Участки эти галактических рукавов наблюдаются в двух созвездиях, по названиям которых и были наименованы рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце расположено между этими спиральными ветвями почти посередине.

Кроме этих двух рукавов (Стрельца и Персея) около нашей Солнечной системы проходит ещё один – рукав Ориона. Этот галактический рукав не столь чётко выражен, как два других и считается ответвлением одного из основных спиральных рукавов Млечного Пути.

Учёными установлено, что в спиральных рукавах Галактики происходят очень бурные процессы, следствием которых является мощнейшее излучение, несущее гибель любому живому организму. Земная атмосфера не может защитить от такой радиации.

Но Земля расположена в относительно спокойном месте Млечного Пути и за время своего существования не была подвергнута воздействию, губительному для всего живого.

Возможно, именно вследствие этого на планете Земля зародилась жизнь и существуют условия, благоприятные для её продолжения.

Окрестности

Карта Млечного Пути и галактик-спутников. Изображение: Richard Powell / Wikimedia Commons,

Помимо изучения самой галактики Млечный Путь, интересным представляется исследование окрестностей нашей звездной системы.

На данном этапе исследования Галактики основной задачей учёных при изучении окрестностей Млечного пути является обнаружение других, карликовых галактик, которые могли бы быть связаны с нашей.

Вначале астрофизики пытаются получить данные о спутниках Млечного Пути. Такие данные были получены и астрофизики открыли 9 новых спутников нашей галактики  в 2015 году.

Также изучается вопрос, связанный с карликовыми галактиками, которые могли бы быть поглощены нашей галактикой. К таким относится, например, галактика Омега Центавра – шаровое звёздное скопление в созвездии Центавр, одно из самых близких к Земле и самое крупное из известных.

Исследования, нацеленные на поиск новых галактик-спутников Млечного Пути, активно продолжаются.

Развитие Галактики и ее будущее

В настоящее время наука обладает определёнными знаниями об эволюции нашей галактики. Следующие события относительно генезиса (зарождения и развития) таковы:

  • Более десяти миллиардов лет назад Млечный Путь столкнулся с галактикой, носящей название Кракен.
  • Через некоторое время после первого события случилось столкновение и слияние Млечного Пути и большой галактики Гайя-Энцелад, Результатом этого стало образование дутого толстого диска Млечного Пути.
  • Исследователи только предполагают, что десять миллиардов лет назад с галактикой Млечный Путь могла столкнуться галактика, считающаяся прародителем системы Inner Galaxy Structure (IGS). Вывод основан на том, что в гало Млечного Пути треть звёзд принадлежит этой системе.
  • Астрономы определили, что за время существования Млечного Пути произошло не менее двенадцати коллизий между нашей галактикой и иными.

Об эволюционных перспективах нашей звёздной системы учёные делают следующие предположения:

  • Существует вероятность коллизии нашей галактики с другими галактиками и даже с крупной галактикой Андромеда. Но на текущее время более точные предсказания сделать нельзя, так как учёные не способны пока определить скорость галактик, с которыми может столкнуться Млечный Путь.
  • В 2014 году астрономы представили эволюционную модель будущего Млечного Пути.

По этой модели спустя четыре миллиарда наша галактика сойдётся в столкновении с Большим и Малым Магеллановыми Облаками. А затем спустя один миллиард после этого события Млечный Путь будет поглощён галактикой Туманность Андромеды.

Сейчас у человечества  немало о нашей галактике Млечный Путь. Однако очевидно, что эти знания лишь небольшая крупица в бесконечном пространстве знаний, таком же бескрайнем, как и наша Вселенная.

Видео

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту
  • Оставь комментарий! Нам очень важно твое мнение!