По современным радиокартам не удается подсчитать даже количество спиральных рукавов Галактики. Совмещая различные модели с картой солнечных окрестностей, исследователи получают от двух до двенадцати рукавов. Не ясно даже, расположено Солнце в межрукавном пространстве или в одном из второстепенных рукавов. А проблема эта имеет прямое отношение к будущему Земли: с точки зрения биосферы условия в рукавах и между ними весьма различаются.
Лет сто назад астрономы воспринимали нашу Галактику как всю звездную Вселенную, поэтому расстояние до центра Млечного Пути означало тогда «расстояние до центра Мира». Но затем Галактика стала одной из многих ей подобных, и, казалось бы, ее размеры и положение в ней Солнца должны были уже не так остро интересовать астрономов. Но этого не случилось: наша Галактика по-прежнему остается единственной звездной системой, которую, находясь внутри нее, мы можем изучать в трех измерениях, объемно, а не в виде плоских изображений, которыми представляются нам все прочие далекие галактики.
Расстояние от Солнца до центра Галактики (Ro) служит масштабом всех прочих расстояний в нашей звездной системе и во многих случаях – за ее пределами. Для галактической астрономии эта величина так же важна, как для внегалактической астрономии и космологии важна постоянная Хаббла. И вот что удивительно: несмотря на огромные затраты сил астрономы вот уже более полувека не могут измерить величины обеих этих констант с точностью лучше 50 процентов. Даже стыдно как-то, если вспомнить, что «астрономическая точность» всегда была нарицательным понятием.
А не зная величины Ro – этого «мерного шеста» галактической астрономии, мы теряем возможность точно определять другие параметры Галактики, например, расстояния до далеких звезд, скоплений и туманностей, скорость вращения Галактики и даже ее массу. А как, скажем, разобраться в природе галактического ядра, не зная расстояния до него? Существует очень серьезная гипотеза, что в центре ядра сидит гигантская черная дыра. Однако, не зная Ro, нельзя определить се массу и даже доказать сам факт ее существования. Пока ясно лишь, что величина Ro заключена в пределах от двадцати до тридцати тысяч световых лет. Такую точность трудно назвать астрономической.
Опыт последних десятилетий показал, что решить проблему Ro саму по себе невозможно: приходится делать слишком много предположений о других неизвестных параметрах Галактики. Поэтому сотрудники Государственного астрономического института имени П. К.Штернберга (ГАИШ) в Москве решили создать всеобъемлющую компьютерную модель Галактики, в которой ее многочисленные параметры были бы так увязаны между собой, чтобы наилучшим образом соответствовать всем имеющимся наблюдениям. Эксперименты с компьютерной моделью показали, что Ro = 24 ± 1,6 тысяч световых лет. Пока точность не очень высока. Но уже есть идеи, как можно ее повысить. По-видимому, в ближайшее время мы значительно точнее узнаем характеристики того «звездного острова», на котором живем.
Обычно движение звезд вокруг центра Галактики сравнивают с обращением планет вокруг Солнца, но это не совсем точная аналогия: галактическая орбита звезды значительно сложнее, чем движение планеты по простому эллипсу. Это потому, что Галактика устроена гораздо сложнее Солнечной системы.
Солнце можно уподобить дрессировщику, водящему лошадь (то есть планету) по Kpyiy на привязи: она строго подчинена его влиянию, поскольку конкурентов нет. Но выпустив лошадь в толпу людей или лошадей, мы бы увидели совсем иную картину. Звезда, движущаяся в Галактике, испытывает влияние множества близких и далеких звезд. И если далекие действуют более или менее сообща, принуждая ее обращаться вокруг центра звездной системы, то соседи так и норовят толкнуть: случайные сближения с ними заметно изменяют движение звезды.
Еще сильнее на нес действует сближение со звездными коллективами – скоплениями, содержащими сотни и тысячи звезд, а также с массивными межзвездными облаками. Такие встречи нарушают регулярное движение звезды и постепенно изменяют ее орбиту. Из простой житейской аналогии, подтвержденной точными вычислениями, ясно, что «беззащитная» звезда старается покинуть то место, где ее сильно толкают. Она постепенно так изменит свою орбиту, чтобы оказаться подальше от скопления «толкачей». Астрономы называют это диффузией орбиты. Поскольку наиболее тесно населены центральные области Галактики, то следует ожидать, что «одинокие и беззащитные» звезды вроде нашего Солнца со временем должны отодвигаться на периферию Галактики.
К такому выводу несколько лет назад пришел Рональд Вилен из Института теоретической астрономии в Хайдельберге (Германия). А в 1996 году ему с соавторами удалось доказать, что Солнце за время своей жизни действительно удалилось от центра Галактики почти на 30 процентов начального расстояния. Это выяснилось по химическому составу Солнца, который отличается от состава соседних звезд, но зато очень похож на тот, который имеют звезды, расположенные ближе к центру Галактики.
Итак, Солнце понемногу удаляется от галактического центра. Как говорится, мало было родиться вдали от столицы, так еще и переезжать приходится на периферию.
Наша звездная система спиральная. В мире галактик это не редкость: многие крупные системы имеют спиральный узор на своем звездном диске. В этих спиральных рукавах в основном сосредоточены юные звезды, яркие и горячие (в прямом смысле слова). Но как образуются спиральные рукава? На этот счет существуют различные взгляды. В последние десятилетия особенно популярны были теории спиральных волн плотности, бегущих по звездному диску, как по поверхности воды. Но недавно возник новый подход к этой проблеме, связанный с особенностями формирования звезд.
До недавних пор теория звездообразования традиционно изучала небольшие галактические структуры – туманности и звездные скопления – размером в несколько световых лет, а теория спиральной структуры Галактик имела дело с масштабами в десятки тысяч световых лет Но в последнее время эти теории сблизились при изучении структур промежуточного размера: фрагментов спиральных рукавов, огромных «пузырей» межзвездного газа и комплексов гигантских межзвездных облаков. Наблюдения указывают, что эти объекты проявляют элементы самоорганизации, располагаясь в определенном порядке, и, вероятно, связаны между собой генетически. Но причины этой связи не вполне ясны.
Вспомним, что у истоков теории формирования звезд стоял сам Ньютон. В 1692 году он изложил свою идею о гравитационном скучивании космического вещества: «Если бы это вещество было равномерно распределено по бесконечному пространству, оно никогда не могло бы объединиться в одну массу, но часть его сгущалась бы тут. а другая там, образуя бесконечное число огромных масс, разбросанных на огромных расстояниях друг от друга по всему этому бесконечному пространству. Именно так могли образоваться Солнце и… звезды».
Спустя три столетия смелая гипотеза Ньютона подтвердилась почти буквально: наш мир действительно был некогда заполнен однородным веществом, оно действительно разделилось на части и сгустилось в гигантские светящиеся массы – звезды и галактики. Вот только распределены эти массы в пространстве далеко не хаотично: они не «разбросаны», как предполагал Великий Физик, а организованы в удивительные структуры – звездные комплексы, содержащие не только отдельные молодые звезды, но и звездные скопления, ассоциации и облака межзвездного газа, из которого все это образуется. Эти комплексы размером около одной тысячи световых лет и массой в несколько миллионов масс Солнца хорошо видны на изображениях спиральных галактик с симметрично изогнутыми рукавами, состоящими из цепочек «звездных облаков». Как выяснилось в последние годы в основном благодаря работам астрономов ГАИШ, звездные комплексы служат базовой ячейкой звездообразования в галактиках.
По поводу происхождения звездных комплексов существует несколько гипотез. Одна из них, развитая в работах Ю.Н.Ефремова (Россия) и Б.Элмегрина (США), основана на самопроизвольном распаде межзвездной среды на отдельные облака; это, так сказать, «линия Ньютона». Но имеется и альтернативная идея, разработанная Я.Палоушом (Чехия), В.Г.Сурдиным и Г.Тенорио-Тагле (Испания). Она основана на процессе формирования звезд, стимулированного их предыдущими поколениями. Действие этого механизма напоминает работу двухтактного двигателя: предыдущая вспышка звездообразования приводит к расширению горячей каверны в межзвездной среде, оболочка которой сгребает и уплотняет газ, подготавливая его к следующему эпизоду формирования звезд. Правда, в отличие от мотора, у которого полный цикл «сжатие-вспышка-расширение» длится сотые доли секунды, полный цикл звездообразования происходит за сотни миллионов лет.