Космическое огненное колесо

Еще до того как удалось осознать, что за пределами нашей Галактики лежат иные звездные системы, Весто Мелвин Слайфер (1875-1969) из Ловелловской обсерватории в Аризоне пытался хоть что-либо узнать о движении туманностей, исследуя их спектры. Примерно в 1914 г. Слайфер обнаружил, что внешние и внутренние области различных туманностей вращаются с разными скоростями.

С появлением более чувствительной аппаратуры эти чисто качественные оценки удалось существенно уточнить. Было, в частности, установлено, что две спиральные туманности в созвездиях Андромеды и Треугольника вращаются с периодом 130-200 млн. лет.

Отражатель, перемещающийся по диагонали

Доплеровское смещение, обусловленное движениями (вдоль луча зрения) групп звезд, удаленных на различные расстояния. По оси абсцисс отложена длина волны звездного света; по оси ординат - лучевые скорости

Одновременно были обнаружены интересные факты, свидетельствующие об аналогичном поведении нашей звездной системы. Эти поначалу скудные данные, которые вскоре привели к совершенно новым взглядам на природу Вселенной, безусловно, не были чем-то случайным - напротив, они явились естественным результатом более чем столетней исследовательской работы многих поколений астрономов. Изучение собственного движения "неподвижных" звезд было начато еще Тобиасом Майером и Вильямом Гершелем. Как стало известно благодаря трудам Эдмунда Галлея, название "неподвижная звезда" (т.е. закрепленная в пространстве) было абсолютно неверным. Длительные наблюдения показали, что большинство из них обладает собственным движением, которое, правда (из-за большой удаленности этих звезд), трудно заметить земному наблюдателю.

Но если все "неподвижные" звезды имеют собственное движение, то, следовательно, и наше Солнце - ведь оно не представляет собой исключения - также должно перемещаться в пространстве. Примерно в 1783 г. Гершель задался вопросом, нельзя ли обнаружить влияние этого движения на окружающие звезды и отсюда получить данные о движении Солнца.

Поясним это на простом и наглядном примере из нашей обыденной "земной" жизни. Предположим, вы едете по лесу и наблюдаете "проносящиеся" мимо деревья: вам кажется, что деревья, находящиеся впереди, "надвигаются" на вас с той же скоростью, с какой вы перемещаетесь, и наоборот, деревья, оставшиеся позади, "уходят" от вас с той же скоростью. Однако в рассмотренном случае речь идет только об относительном движении деревьев, так как они не обладают собственным движением вдоль направления вашего движения. Деревья, стоящие в стороне от дороги, кажутся вам перемещающимися значительно меньше, особенно если они находятся достаточно далеко. Напротив, если объект сам движется в направлении, перпендикулярном вашему движению, то его радиальная скорость будет равна нулю.

Теперь обратимся к небу с его движущимися звездами. У земного наблюдателя должно создаваться впечатление, что все звезды "стекаются" к точке, противоположной той, к которой движется Солнце. В астрономии точка небесной сферы, к которой движется Солнце, называется апексом, а противоположная ей - антиапексом.

Хотя Гершель проанализировал собственные движения лишь 13 звезд, тем не менее ему удалось выделить некую преимущественную составляющую движения, на основании чего он заключил, что наше Солнце движется в "звездном лесу" в направлении созвездия Геркулеса.

Позднее астрономы, располагая более обширными каталогами звезд, смогли значительно уточнить положение апекса. В конце XIX в. благодаря спектроскопии удалось измерить также и радиальные скорости.

В результате таких исследований шведский астроном В. Гюлленбург сделал в 1915 г. чрезвычайно интересное открытие, а именно нашел зависимость наблюдаемого значения радиальных скоростей звезд в плоскости Млечного Пути от расстояния до них. В 20-е годы потсдамские астрономы Эрвен Фрейндлих и Эммануэль ван Пален изучили это явление более детально. Они обнаружили, что если соотнести радиальные скорости с галактическими расстояниями, то названная зависимость выражается синусоидой. Качественное исследование этой зависимости впервые привело к изучению кинематики той части неба, распределение звезд в которой давно и хорошо было известно. В качестве исходной точки для отсчета галактических расстояний была взята область в созвездии Стрельца, гда находится центр Млечного Пути.

Оорт предполагал, что эффект зависимости скоростей звезд от их расстояния обусловлен вращением нашей звездной системы. Изучив собственные движения 800 звезд, расположенных вблизи Млечного Пути, он полностью убедился в правильности своего предположения. Теперь стало очевидным, что система Млечного Пути вращается в пространстве как огромное звездное колесо.

Из какого же множества звезд состоит этот огромный звездный остров? Примем, что Солнце участвует в общем вращении звездной системы вокруг оси, перпендикулярной плоскости Млечного Пути и описывающей при этом - в первом приближении - круговую орбиту. Тогда в принципе можно вычислить массу всей системы, если допустить, что большая часть этой массы сосредоточена внутри круговой орбиты Солнца. Полученный результат составил 2,8-1044 г, что соответствует примерно 1,4-1011 солнечных масс. К подобным результатам привели и измерения масс далеких галактик. При условии, что движение некоторой звезды определяется полной массой, заключенной внутри ее орбиты, в 30-е годы удалось найти полные массы туманностей Андромеды и Треугольника, которые соответственно оказались равными 7,0-1011 и 1,0-1010 массам Солнца.

Независимо от этого в 1940 г. изучалось также движение галактических скоплений, которые вращались вокруг общего центра тяжести. Исходя из предположения, что внешние члены скоплений вращаются вокруг центра по круговым орбитам, была рассчитана масса этих скоплений; она оказалась равной 1014 солнечных масс. Поскольку такое галактическое скопление включало примерно 500 членов, поделив эту массу на 500, можно было оценить среднюю массу галактики: она составляла порядка 2-Ю11 солнечных масс, что хорошо согласовалось с названными выше результатами.

Как у Млечного Пути, так и у других звездных' систем была обнаружена одна интересная особенность: не вся галактика находится в дифференциальном вращении, а только ее внешняя область. Угловая скорость вращения центральной области является величиной постоянной; поэтому чем дальше части этой области находятся от центра, тем с большей скоростью они вращаются. В построении модели вращения галактик огромную роль сыграло точное изучение особенностей вращения нашей собственной звездной системы - Млечного Пути.