Путешествие в бездну
До 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).
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).
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).
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.
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).
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).
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).
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).
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).
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:
- An Atlas of The Universe. www.atlasoftheuniverse.com. The web page created by Richard Powell.
- Hubble s Deepest View Ever of the Universe Unveils Earliest Galaxies. News Release Number: STScl-2004-07. March 9, 2004.
- 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
18.01.2010
Метки: наука Рубрики: Космос, На переднем крае
Один комментарий
Спасибо. Интересно, красочно.
[Ответить]
Написать комментарий