Путешествие в бездну

abyss-new-horizons-wДо этого момента сайт “Общества фронтира” большей частью писал об истории. Может создаться впечатление, что фронтир навсегда остался в прошлом, а настоящем и будущем места для подвигов, открытий и приключений не осталось. Но начиная с этой статьи, на нашем сайте будут появляться материалы посвящённые космосу, исследованиям океана, науке и прочим вещам, которые находятся на передовой прогресса в настоящее время.

Начнём мы с обзорной статьи, которая рассказывает о попытках человечества выйти за пределы Солнечной системы, а также даёт понять масштабы окружающей нас Вселенной.

На пути к звёздам

В настоящее время пять космиче­ских аппаратов — Pioneer 10 и 11, Vo­yager 1 и 2, New Horizons — движутся по траекториям, которые позволят им покинуть Солнечную систему и уйти в межзвездное про­странство.

Самый дальний — Voyager 1. Сегодня его отделяет от на­шего светила 108,6 а.е. (16,247 млрд. км). Это “всего лишь” 0,0017 светово­го года — четыре десятитысячных рас­стояния до Проксимы Центавра, бли­жайшей к нам звезды. Первые четыре из названных аппаратов уже пересек­ли внешнюю границу Пояса Койпера — 50 а.е.

Эта граница определена по резкому палению количества наблюдаемых объектов, причина кото­рого неизвестна. Возможно, пространство за ней «вычищается» находящимся там и пока не обнару­женным объектом, по массе сопоставимым с Зем­лей. Тем не менее, некоторые тела в афелиях сво­их орбит «уходят» от Солнца значительно дальше. Среди них Эрида, самый крупный из известных на сегодняшний день транснептуновых «плутоидов», получивший не так давно статус карликовой планеты: она удаляется от нашего светила на мак­симальное расстояние, равное 97,52 а.е. Афелий Седны 900 а.е. А вот обьекг 2006 S0372 во­истину рекордсмен. Он имеет поперечник порядка 50-100 км и удаляется от Солнца на 2089 а.е.

Далее им предстоит пере­сечь обширное Облако Орта, прости­рающееся до расстояний, равных 1/5 расстояния до ближайшей звезды, и содержащее, по некоторым оценкам, более 100 млрд. кометных тел.

По одним оценкам “Облако Орта” занимает область в пределах от 50 до 100 тыс. а.е., по дру­гим — от 20 до 200 тыс. а.е. (1 световой год равен 63 тыс. а.е.).

К сожалению, связь с аппаратами Pioneer сейчас потеряна. Мы можем лишь предполагать, что они по прежнему продолжают свой далёкий путь к звёздам.

Последний слабый сигнал от Pioneer 10 был принят 23 января 2003 г., когда тот находился на расстоя­нии около 83 а.е. от Солнца. Сейчас аппарат предположительно движется в сторо­ну звезды Альдебаран (α Тельца) со скоростью около 2,6 а.е. в год. В сле­дующем году он преодолеет рубеж в 100 а.е. Окрестностей Альдебарана посланец земной цивилизации должен достигнуть примерно через 2 млн. лет.

Связь с Pioneer 11 была потеряна в конце 1995 г. В тот момент аппарат находился на расстоянии 44,7 а.е. от Солнца и приближался к внешней границе Пояса Койпера. Учитывая то, что его гелиоцентриче­ская скорость составляла 2,5 а.е. в год, сегодня расстояние от нашего светила до космического аппарата должно быть примерно 70-75 а.е. Не­многим более чем через 34 тыс. лет Pioneer 11 пройдет на расстоянии 2,5 световых года от звезды Ross 248. Эта тусклая звезда расположена на небосводе в созвездии Андромеды. Еще через 8 тыс. лет он пройдет “все­го лишь” в полутора световых годах от еще одной слабой звезды Gliese 445, видимой на небе около ковша Малой Медведицы. По прошествии 4 млн. лет аппарат пролетит довольно близко от λ Орла, расположенной в “хвосте” этой небесной птицы. Естественно, эти расстояния рассчитаны с учетом собственных движений звезд.

Voyager 1 — самый далекий и самый быстрый (скорость удаления 3,6 а.е. в год) космический аппарат из четырех участников межзвездных миссий человечества. Примерно через 40 тыс. лет он “проплывет” в пределах 1,6 световых лет от звезды АС+79 3888, расположенной в со­звездии Жирафа.

Voyager 2 на сегодняшний день удалился от нашего светила на 87,9 а.е. (13,15 млрд. км). Он движется со скоростью 3,27 а.е. в год примерно в сторону Сириуса — ярчайшей звез­ды ночного неба, “мимо” которой аппарат пролетит на рас­стоянии 4,3 световых года через 296 тыс. лет.

С обоими аппаратами Voyager планируется поддерживать связь еще на протяжении как минимум де­сятка лет.

New Horizons после гравитацион­ного маневра в поле тяготения Юпи­тера в начале 2007 г. имел скорость удаления от Солнца, равную 27 км/с. Сейчас притяжение светила умень­шило ее до 17,3 км/с. На своем пути в галактические просторы этот аппарат в 2015 г. исследует Плутон и его спутники, а позже, возможно, один или несколько ледяных объектов Пояса Койпера. Дистанцию, равную расстоянию до ближайшей звезды, этот аппарат покроет за 60 тыс. лет. В 2020 г. New Horizons будет находиться в 19,9 млрд. км от нашего светила, что составляет в масштабах межзвездных расстояний мизерную цифру — 133 а.е. или 0,002 светового года. Даже чтобы достичь условных границ, в пределах которых располо­жено огромное количество ледяных кометных тел (а возможно, не только их), находящихся в гравитационной зависимости от Солнца, ему понадо­бятся еще тысячи лет пути.

Пылинка во Вселенной

В окрестностях Солнечной системы в пределах 12,5 световых лет находится 33 звезды (I).

abyss-1

Карта I

В основном это красные карлики, на порядок менее массивные, чем Солнце, и имеющие в сотни раз меньшую светимость. К данному классу относятся 80% всех звезд во Вселенной. Красным карликом является и ближайшая к нам звезда – Проксима Центавра.

В радиусе 250 световых лет от Солнечной системы находится примерно 260 тысяч звезд (II).

abyss-2

Карта II

На карте показаны 1500 самых ярких. Все они имеют большую абсолютную светимость, нежели Солнце, и видны на нашем небе невооруженным глазом.

Рассеянное звездное скопление Гиады в созвездии Тельца – самое яркое, самое близкое к нам и един­ственное, достоверную карту которого мы можем построить в трех измерениях. Оно образовалось около 660 млн. лет назад и успело уже трижды “обернуться” вокруг центра Галактики. За это время составляющие его звезды значительно отдалились от компактной области пространства, в которой они родились. Расстояние до Гиад – 151 световой год. Вдвое ближе расположена гигантская оранжевая звезда Альдебаран, видимая с Земли в проекции на область скопления. 300 тыс. лет назад она находилась к нам еще ближе и была самой яркой звездой земного неба.

В наших окрестностях в радиусе 5000 световых лет находится около 600 миллионов звезд (III).

abyss-3

Карта III

Солнце расположено в галактическом рукаве Ориона. Этот рукав менее мощный, чем рукав Стрельца, пролегающий ближе к центру Млечного Пути. На карте обозначено несколько самых ярких звезд рукава Ориона. Все они видны с Земли невооруженным глазом. Наиболее примечательная группа – звезды пояса Ориона и Ригель. Все они — гиганты и сверхгиганты, превышающие по светимости Солнце в тысячи раз. Тусклая звездочка ρ Кассиопеи, удаленная от нас на 4000 световых лет, на самом деле является сверхгигантом, светимость которого в 100 тысяч раз больше солнечной. На карте также отмечены наиболее примечательные туманности, расположенные в нашем и соседних галактических рукавах.

В окружающем центр Галактики пространстве радиусом 50 тысяч световых лет содержится более 200 миллиардов звезд (IV).

По другим оценкам 300 миллиардов.

abyss-4

Карта IV

Наша Галактика – Млечный Путь – имеет диаметр около 100 тыс. световых лет и содержит, по некоторым оценкам, 200 млрд. звезд. Галактический центр удален от нас на расстояние 27 тысяч световых лет. Про­странственная плотность звезд там намного выше, чем в наших ближайших окрестностях. Галактику окру­жает множество звездных шаровых скоплений. В непосредственной близости от плоскости галактического диска находится карликовая галактика Стрельца, которая в будущем сольется с Млечным Путем, пополнив своими звездами его “население”.

В окружающем нас пространстве радиусом 500 тысяч световых лет содержится одна крупная галактика - наш Млечный Путь, 12 карликовых галактик и, в совокупности, около 225 миллиардов звезд (V).

abyss-5

Карта V

Каждая из карликовых галактик содержит в среднем 10 млн. звезд (в Большом Магеллановом Облаке – несколько миллиардов звёзд, в Малом – несколько сот миллионов). Все эти сравнительно небольшие “звезд­ные островки” являются спутниками нашей Галактики, с периодами обращения, исчисляемыми миллиардами лет. Последние измерения скоростей движения Магеллановых Облаков относительно Млечного Пути позволяют сделать вывод, что они находятся на «пролетных траекториях» и сейчас просто временно сблизились с нашей звездной системой.

В окружающем нас простран­стве радиусом 5 миллионов световых лет содержится три крупных, 46 карликовых галактик и, в совокупности, около 700 миллиардов звезд (VI).

abyss-6

Карта VI

Млечный Путь — одна из трех крупных спиральных галактик в Местной группе. Галактика Туманность Ан­дромеды (М31) в полтора раза больше нашей и окружена сонмом сателлитов – мелких карликовых галактик. У еще одной крупной галактики Треугольника (МЗЗ) на сегодняшний день известен один спутник, и тот пока со знаком вопроса.

Несомненно, в Местной группе содержится большее количество карликовых галактик. Обычно плотность их звездного населения невелика, что делает их обнаружение затруднительным. По мере накопления наблюдательных данных и дальнейшего совершенствования инструментов и методов наблюдений список карликовых галактик будет пополняться.

Неправильная карликовая галактика NGC 3109 в созвездии Гидры содержит несколько сотен миллионов звезд и является самым массивным членом небольшой подгруппы в границах Местной группы. Она испытывает заметное приливное воздействие со стороны карликовой эллиптической галактики Antlia Dwarf, видимой в созвездии Насоса.

В окружающем нас простран­стве радиусом 100 миллионов световых лет содержится двести галактических скоплений, 2500 крупных, 50 000 карликовых га­лактик в общем, около 200 триллионов звезд (VII).

abyss-7

Карта VII

Наш огромный “звездный дом” Млечный Путь — лишь одна из тысяч звездных систем, населяющих эту область пространства. В огромной сфере, очер­ченной радиусом 100 млн. световых лет, галактики собраны в группы, скопления и сверхскопления, между которыми существуют огромные об­ласти, характеризующиеся меньшей плотностью вещества. На карте от­мечены только самые крупные галак­тики. Млечный Путь — точка в самом центре. Ближайшие к ней точки, чуть ниже и левее — Туманность Андро­меды и Галактика Треугольника, чле­ны нашей Местной группы.

Sculptor group — ближайшая к нам группа, видимая в созвездии Скульптора. В ней доминируют пять крупных галактик: четыре спиральные (NGC 247, 253, 300 и 7793) и одна не­правильная (NGC 55). Остальные чле­ны группы — карликовые галактики. Ближайшая к нам галактика этой груп­пы NGC 55 расположена на границе Sculptor group и Местной группы.

Maffei group. В 1968 г. итальян­ский астроном Паоло Маффей (Paolo Maffei) открыл две  галактики Maffei 1 и Maffei 2 (поз­же названные его именем), которые вместе с 1С 342 и Dwingeloo 1 образуют другую близ­лежащую группу (Maffei group). В нее, кроме вышеупомянутых, входит еще 20 известных на сегодняшний день карликовых галактик. Maffei 1 — бли­жайшая к нам крупная эллиптическая галактика.

М81 group — впечатляющая груп­па, видимая с Земли в созвездии Большой Медведицы. Она сконцен­трирована вокруг пары галактик М81 / М82 и яркой галактики NGC 2403. М82 несколько миллионов лет назад прошла в непосредственной близо­сти от своей более крупной соседки М81. Результатом тесного сближе­ния явилась мощная волна звездо­образования, благодаря которой М82 сейчас и знаменита.

М101 group примечательна тем, что главным членом этой группы яв­ляется гигантская спиральная галак­тика М101, диаметр диска которой равен 200 000 световых лет (вдвое больше, чем у Млечного Пути).

Fornax cluster — второе по вели­чине скопление галактик  в очерченной об­ласти пространства, видимое в созвездии Печи. Рядом с ним располо­жено еще одно скопление — Eridanus cluster. На небесной сфере они видны рядом, но на самом деле их разделяет 20 млн. световых лет. До центра ско­пления Печи — 65 млн. световых лет, до кластера Эридана — 85. Несколько других групп галактик находятся в непосредственной близости к этим ско­плениям (NGC 1532 Group, NGC 1255 Group, NGC 908 Group и др.). Все это в совокупности часто называют сверх­скоплением Печи или Южным сверх­скоплением.

В центре Fornax Cluster присут­ствует ядро, состоящее из очень компактно сгруппированных галак­тик и имеющее угловой размер на небесной сфере всего 2°, что де­лает эту область очень популярной для астрономов-любителей. Здесь расположены две гигантские галак­тики NGC 1316 и NGC 1365, каждая из которых превосходит размерами любую галактику в скоплении Девы.

Virgo cluster — скопление Девы (существует мнение, что Местная Группа входит в его состав) — самое большое в пределах 100 млн. свето­вых лет. Оно содержит 150 крупных и более тысячи известных на сегод­няшний день карликовых галактик. В центре скопления находятся три большие эллиптические галактики М84, М86 и М87. Они сформирова­лись в результате слияния множества меньших галактик. Каждая из них значительно массивнее Млечного Пути.

Наша Местная Группа под дей­ствием гравитации скопления Девы движется в его сторону со скоростью 410±55 км/с. Также мы ис­пытываем мощнейшее воздействие со стороны огромного сгущения га­лактик, называемого Великий Аттрактор. Он находится на пере­сечении  нескольких  галактических сверхскоплений. Средняя плотность вещества в районе Великого Аттрак­тора ненамного больше средней плот­ности Вселенной. Но за счет гигант­ских размеров его масса настолько велика, что не только наша звездная система, но и другие близ­лежащие скопления (в том числе скопление Девы) имеют векторы скоростей, направленные к нему. В результате этого возникает огромный “галактический поток”. Картографи­рование Великого Аттрактора удалось выполнить относительно недавно и только в радиодиапазоне: галактики, входящие в его состав, скрыты межзвездной пы­лью, сконцентрированной в главной плоскости Млечного Пути.

В окружающем нас простран­стве радиусом 1 миллиард свето­вых лет содержится 100 сверхско­плений, 240 тысяч галактических групп, 3 млн. крупных, 60 млн. карликовых галактик и, в совокуп­ности, около 250 тысяч триллио­нов звезд (с «небольшой» погреш­ностью плюс-минус десяток тысяч триллионов) (VIII).

abyss-8

Карта VIII

Галактики, их скопления и сверх­скопления неравномерно распре­делены во Вселенной. Их совокуп­ность формирует в пространстве обширные рукава, нити вселенской паутины, окруженные огромными пустотами со значительно меньшей плотностью или практически полным отсутствием в них звездных систем.

На приведенной схеме наше мест­ное сверхскопление Девы представляется рядовым небольшим членом семьи окружающего  сообщества сверхскоплений, а наша Местная группа и тем более галактика Млечный путь воспринимается не иначе, как крохотная крупинка грандиозной структуры. Всего в состав Местного  сверхскопления входят 100 групп и скоплений галактик, в том числе и Местная группа, с домини­рующим скоплением Девы в центре. Всего в него входит около 30 тысяч галактик, а масса оценивается в  1015 солнечных. Поскольку его светимость слишком мала для такого количества звезд, считается, что основная часть массы сверхскопления приходится на темную материю.

Сверхскопление Центавра — предполагается, что в пространстве оно расположено рядом с Великим Аттрактором –  содержит цепочку галактических скоплений  А3526,  А3565, А3574 и А3581, а также сот­ни меньших групп галактик. Среди них доминирующее место занимает А3526, от которого нас отделяет 140 млн. световых лет. Наблюдаемые с большого расстояния сверхскопления Девы и Гидры выглядели бы как “отростки” сверхскопления Центавра. На карте обозначены крупнейшие цепи сверхскоплений (так называе­мые “стены”), а также самые обшир­ные в этой области пустоты. Радиус рассматриваемой области пространства составляет примерно 7% от радиуса наблюдаемой Вселенной.

В видимой части Вселенной ра­диусом 13,7 млрд. световых лет, представленной на последней карте, содержится сто миллио­нов сверхскоплений, 25 миллиар­дов галактических групп, 350 млн. крупных и 7 триллионов карликовых галактик и, в совокупности, около 30 миллиардов триллионов (3×1022) звезд (IX).

abyss-9

Карта IX

С использованием двух наземных телескопов выполнен полный обзор небесной сферы в близкой инфракрасной области спектра на длинах волн 1 -2,2 мкм ( Two Micron All Sky Survey 2MASS). В результате этого обзора зарегистрировано свыше 500 млн. звезд Млечного Пути и более полутора миллионов галактик. Расширенный каталог источников (Extended Source Catalog XSC) содержит фотометриче­ские (яркость, спектр) и астрометрические (координаты) данные об объектах, что позволяет нарисовать глобальную карту распределе­ния крупномасштабных структур в локальной Вселенной. Млечный Путь, размещенный в центре изображения, окружают сверхскопления галактик, составляющие в своей совокупности ячеистую структуру «вселенской паутины». Спектральные характеристики, позволяющие судить о величине красного смещения различных участков этой структуры, дают возможность «добавить объем» в плоское изображение карты. Чем с большего расстояния приходит к нам свет, тем большую скорость удаления вследствие космологического расширения име­ют испускающие его объекты, и соответственно тем большее красное смещение z наблюдается в их спектрах.

Расположенные ближе к нам и, следовательно, удаляющиеся от нас с наименьшей скоростью объекты обозначены фиолетовым и си­ним цветом (z< 0,01), наиболее удаленные красным (0,04 < z < 0,1). От ближайших до наиболее удаленных цвет объектов на карте меняется так: синий-голубой-зеленый-желтый-оранжевый-красный. Соответствующий цвет имеют стрелки, указывающие на объект (в скобках величина красного смещения).

До центральных областей Сверхскопления Девы (Virgo Supercluster), в которое входит и наша Галактика 60 млн. световых лет, до само­го дальнего обозначенного на карте Сверхскопления в Южной Короне (Corona Borealis Supercluster) около миллиарда световых лет.

Скопления галактик формируют волокна, разделенные ячейка ми пустот, образуя структуру, напоми­нающую объемную сеть или паутину.

Напомним, что выше шла речь о распределении в пространстве только барионной (состоящей из известных нам элементарных частиц и квантов) материи, которая составляет лишь 4% общей массы Вселенной.

Все было бы очень просто, если бы не было так сложно. В реальности попыт­ки представить себе истинную струк­туру и размеры Вселенной затрудняет то обстоятельство, что скорость света имеет конечное значение. Самую да­лекую галактику (Abell 1835 IR1916) мы видим такой, какой она была 13,2 млрд. лет тому назад. Именно столько по­требовалось лучу света для того, чтобы достичь земного наблюдателя. Но в те времена Вселенная была значительно меньше — согласно современным космологическим представлениям, ей тог­да было всего-то 500 млн. лет от роду. Следовательно, когда свет, видимый нами сегодня, покинул ту галактику, она была значительно ближе к нам. Кроме того, наблюдаемая нами сегодня на чу­довищном расстоянии, она, вследствие расширения Вселенной, удаляется со скоростью 39 000 км/с, то есть 4,1 млн. св. лет в год. Нетрудно подсчитать что в настоящий момент расстояние от нас до Abell 18351R1916 должно быть равно 31 млрд. световых лет.

Напоследок вспомним основные положения современной космологии.

  • 13,7 миллиардов лет — возраст Вселенной.
  • 13,7 миллиардов световых лет — радиус видимой части Вселенной.
  • 93 миллиарда световых лет — раз­мер наблюдаемой части Вселенной на сегодняшний день с учетом ее расширения.

Из чего состоит Вселенная?

  • 4% — количество барионной ма­терии;
  • 22% — количество “темной материи” во Вселенной (никто не знает, что это такое, но однозначные выводы о ее наличии можно сделать по ее гравитационному воздействию на «обычную» материю);
  • 74% — ко­личество “темной энергии”, силы не­известного происхождения, способ­ствующей ускорению расширения Вселенной.

Источники:

  1. An Atlas of The Universe. www.atlasoftheuniverse.com. The web page created by Richard Powell.
  2. Hubble s Deepest View Ever of the Universe Unveils Earliest Galaxies. News Release Number: STScl-2004-07. March 9, 2004.
  3. Сosmology: 5 things you need to know. By Liz Kruesi – Astronomy, may 2007

Сергей Гордиенко, журнал “Вселенная, пространство, время” №2 (57) 2009

Scanning & editing by gavrilaf

3 комментария к “Путешествие в бездну

  1. Руслан

    Интересно. Особенно было интересно количество звезд на различном удалении от Земли. Спасибо!

  2. Руслан

    Кстати, в статье ошибка:
    “Кроме того, наблюдаемая нами сегодня на чу­довищном расстоянии, она, вследствие расширения Вселенной, удаляется со скоростью 39 000 км/с, то есть 4,1 млн. св. лет в год.”

    Цифры явно не бьются.

Добавить комментарий