Мыслящая Вселенная - Мизун Юрий Гаврилович - Страница 22

Если вести наблюдения за нейтральным водородом в разных местах Галактики, то есть если регистрировать радиоизлучение нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр, то можно определить его радиальные скорости. Поскольку длина волны меняется (она или больше, или меньше 21 сантиметра), то по форме этого изменения судят о радиальной скорости. Если измерения проведены для разных участков Галактики, то можно нарисовать пространственную картину движения нейтрального водорода в Галактике. Если провести комплексный анализ всех профилей эмиссионной линии 21 сантиметр (для различных направлений), то можно определить закон вращения всей массы нейтрального водорода Галактики. Рассуждая дальше, можно предположить, что нейтральный водород в Галактике вращается так же или почти так же, как вращается сама Галактика. А это уже очень важная информация. Специалисты считают, что такой метод позволяет вывести закон вращения нашей звездной системы. Другими словами, этот метод позволяет определить, как изменяется угловая скорость вращения звездной системы (Галактики) по мере удаления от ее центра к ее окраинным областям.

В результате измерений по описанному методу было установлено, что угловая скорость вращения Галактики уменьшается по мере удаления от ее центра. Это уменьшение сначала очень быстрое. Затем оно существенно замедляется. Так, на расстоянии 8 кпс от центра угловая скорость вещества Галактики равна 0",0061 в год. Это значит, что полный оборот вокруг оси симметрии Галактика совершает за 212 миллионов лет. Наше Солнце находится на удалении 10 кпс от центра Галактики. На этом расстоянии угловая скорость вращения вещества Галактики составляет 0",0047 в год. Это значит, что период обращения вещества Галактики на этом удалении от ее центра равен 275 миллионам лет. Но нам (землянам) именно этот период наиболее интересен, поскольку наша планета находится именно на таком расстоянии от центра Галактики. Поэтому-то период, равный 275 миллионам лет, и был назван галактическим годом. На самом деле, на каждом удалении от центра Галактики галактический год разный. Чем дальше от центра Галактики, тем он длиннее.

Если умножить угловую скорость вращающегося тела на его радиус, то получится линейная скорость на удалении от центра, которое равно радиусу. Если эту операцию проделать для расстояния, равного удалению Солнца от центра Галактики, то получится, что линейная скорость движения Солнца вокруг центра Галактики равна 220 км/с. Другими словами, при движении вокруг центра Галактики Солнце (а также другие звезды этого же удаления от центра Галактики) пролетает в секунду 220 километров.

Из сказанного выше ясно, что звездная система Галактики вращается не как твердое тело, поскольку скорость вращения ее вещества (звезд) уменьшается по мере удаления от центра Галактики. Напомним, что и наше Солнце вращается вокруг своей оси не как твердое тело: чем дальше от экваториальной плоскости, тем скорость вращения вещества Солнца меньше. Собственно, это правило справедливо для всей Солнечной системы. В данном случае можно говорить о вращении всей Солнечной системы в целом. Но при этом периоды обращений отдельных тел этой системы различны. Движение этих тел (планет) определяется законами Кеплера. Согласно третьему закону Кеплера, периоды обращения планет Солнечной системы пропорциональны большим полуосям орбит, возведенным в степень 3/2. Другими словами, угловая скорость вращения Солнечной системы быстро уменьшается по мере увеличения расстояния планеты от Солнца.

Вращение Галактики важно не только само по себе. Оно оказывает влияние на лучевые скорости окрестных звезд, которые лежат в плоскости Галактики. Поясним этот эффект с помощью рисунка. В центре рисунка буквой S обозначено Солнце. Вокруг него имеется 8 соседних звезд (1–8). Ближе к центру Галактики расположены звезды 6,7 и 8. Поэтому они должны двигаться быстрее, чем звезды 1 и 5, а также Солнце. Звезды 2,3 и 4 движутся еще медленнее. Что касается звезды 1, то она движется с такой же скоростью, что и Солнце. Поэтому эффект галактического вращения на ее лучевой скорости не сказывается. Совсем иначе обстоит дело со звездой 2, поскольку она движется медленнее Солнца. Солнце нагоняет звезду 2, и расстояние между ними уменьшается. Поэтому вследствие вращения Галактики звезда 2 будет иметь лучевую скорость, которая направлена к нам. Такую лучевую скорость мы будем называть отрицательной. Что касается звезды 3, то и ее обгоняет Солнце, но их взаимное положение таково, что при этом расстояние между ними не изменяется. Это значит, что на лучевой скорости звезды галактическое вращение не скажется. От звезды 4 Солнце уходит. Расстояние между Солнцем и звездой 4 увеличивается. Это значит, что галактическое вращение придает звезде 4 лучевую скорость, которая направлена перпендикулярно от нас. Такую скорость резонно назвать положительной лучевой скоростью. Теперь рассмотрим ситуацию со звездами 5,6,7 и 8. Легко убедиться, что на лучевые скорости звезд 5 и 7 галактическое вращение не повлияет. У звезды 6 оно вызовет отрицательную, а у звезды 8 положительную лучевые скорости. При этом все направления лучевых скоростей, которые вызваны вращением Галактики не как твердого тела, на рисунке обозначены стрелками.

Приведенная на рисунке 3 схема не является надуманной. Она подтверждена наблюдениями. Величина лучевых скоростей и степень их изменяемости в разных направлениях позволили получить основные данные о вращении Галактики в окрестностях Солнца. Такие же результаты получаются из анализа собственных движений соседних с Солнцем звезд. Эти результаты хорошо согласуются с теми результатами исследований, которые получены с помощью радиометодов. Все сказанное выше относится только к области Галактики в районе Солнца. В других областях Галактики (ближе и дальше от центра Галактики, чем Солнце) угловые скорости обращения Галактики определяются очень неуверенно. Дело в том, что свет далеких звезд, которые лежат в плоскости Галактики, в значительной мере поглощается межзвездной пылью.

Что касается скорости обращения вещества Галактики около ее центра, то эта скорость значительно превосходит все остальные скорости космических движений. Она намного больше и скорос-

Рис. 3. Влияние вращения Галактики на лучевые скорости звезд

тей всех остальных движений, которые может совершать человек. Другими словами, основное движение в окружающем нас мире — это участие во вращении около центра Галактики. Скорость этого движения равна 220 км/с.

Мы уже говорили, что пыль в Галактике поглощает излучение и затрудняет исследование. Сами пылинки очень маленькие. Их радиусы находятся в пределах одна десятитысячная — одна стотысячная сантиметра. Пылинки находятся на значительных расстояниях друг от друга. Так, даже в самом плотном месте Галактики — около ее плоскости симметрии, расстояние между соседними пылинками составляет около 100 метров. Это значит, что средняя плотность пылевого вещества еще меньше, чем средняя плотность межзвездного газа. Общая масса пылевого вещества в Галактике также невелика. Она примерно в сто раз меньше общей массы межзвездного газа. Что касается общей массы всех звезд, то она в 5000 — 10 000 раз больше массы пылевого вещества. Из сказанного о пыли ясно, что она не может существенно влиять на движение Галактики. Для этого у нее слишком мала общая масса. Но, тем не менее, пыль в Галактике очень важна, поскольку пыль поглощает различные излучения, которые содержат в себе информацию о разных сторонах жизни Галактики. Более того, пыль нашей Галактики мешает изучать и внегалактические объекты: из-за нее Вселенная как будто погружена в серый туман. Что касается близких звезд, то они почти не испытывают поглощения света. Совсем другое дело — далекие звезды. Их излучение ослабляется очень сильно.