Наши галактические соседи.                         стр 1 2

  Человечество по привычке считает Солнечную систему, наш родной дом, довольно спокойным местом. Здесь люди укрываются за толстым пылевым поясом от мощных ультрафиолетовых лучей центра Галактики и с безопасного расстояния наблюдают за сверхмощными гамма вспышками, обжигающим излучением молодых и массивных звезд… Изредка возникают солнечные вспышки, внезапно насыщающие окрестности Солнца частичками солнечного ветра. Мы можем удобно наблюдать пересечение небесной сферы привычными астероидами и хвостатыми кометами. Это все наши давние соседи, практически наши близкие знакомые.

  И вдруг, оказывается, что среда, в которой движется наша Земля, битком набита совершенно неизученными пришельцами - частичками межзвездного вещества! Да, согласно последним открытиям ученых, эти галактические визитеры непрерывно движутся через межпланетное пространство и даже могут сталкиваться с планетами! И хотя каждая частичка в отдельности микроскопическая, их полная масса просто огромна! Как эти частички взаимодействуют с планетными атмосферами? Влияют ли они на нашу планету? Этого никто не знает.

Рисунок1. Наши галактические «соседи», находящиеся внутри одного из самых крупных галактических рукавов – рукава Ориона. Большинство ярких звезд на небесной сфере расположены вдоль пояса Гульда, который одновременно показывает распределение областей звездообразования в рукаве Ориона.

  Эти вопросы приобретают особую важность в свете того факта, что межзвездное пространство - ближайшее окружение Солнца - имеет совершенно неоднородный состав. Обнаруженные в пределах нашей относительно малой зоны космоса газово-пылевые туманности имеют разнообразнейшие формы ("облака", "нити", "узлы", "петли", "раковины"), огромный разброс в размерах (от десятых долей до сотен световых лет), температурах, давлениях и иных характеристиках. Теперь становится очевидным, что за 5 миллиардов лет своей жизни, в течение которых Солнце постоянно двигалось по своей орбите вокруг Галактики, оно должно было испытать на себе воздействие целого ряда разнообразных галактических сред. Как Солнечная система реагирует на изменения в окружающей галактической среде? Возможно, ответ частично кроется в горячем, ионизированном солнечном ветре, дующем с поверхности нашего светила и днем и ночью. Как Вам известно, солнечный ветер это переменное явление, изменяющееся в соответствии с одиннадцатилетним периодом солнечной активности. Солнечный ветер, оказывая постоянное давление на вторгающиеся в нашу систему межзвездные частички, как бы регулирует их поток. Кроме того, поток частичек изменяется вследствие движения Солнца по галактической орбите. И определение сложных зависимостей этих динамических явлений это поистине выдающаяся задача! В этой статье подробно и на основании самых последних данных рассказывается о том, что же все-таки удалось выяснить ученым о нашем ближайшем галактическом окружении.

   Мы привыкли считать окружающие нас звезды и туманности относительно неподвижными, ведь на фотографиях, сделанных сотни лет назад они выглядят точно также как и на современных снимках. Создается впечатление, что космос будто "замер". На самом деле это впечатление очень обманчиво, ведь сейчас, как и многие миллионы лет назад, звезды продолжают свой фантастический танец среди туманностей: Блуждавшие миллиарды лет они гибнут в ярчайших вспышках, давая возможность все новым и новым поколениям звездных "младенцев" сформироваться в мягких объятиях родительских глобул... Молодая массивная звезда, разгорающаяся, "набирающаяся сил", производит жестокий звездный ветер, который разгоняет в стороны вещество молекулярного облака, формируя в нем округлую полость. Во время взрыва такой звезды как сверхновой, мощная ударная волна многократно уплотняет окружающий материал и отбрасывает его во все стороны от места взрыва. Получившиеся в результате плотные "облачка" могут пройти сквозь родительское газово-пылевое облако наружу. Атомы в таких "облачках" ионизируются звездным излучением и столкновением друг с другом. Некоторые из образовавшихся объектов могут пронизываться сильными магнитными полями, которые способны захватывать многочисленные ионы вокруг себя. Приблизительно такую многогранную, насыщенную, изменчивую картину нужно представить и осознать для понимания происхождения и эволюции нашего ближайшего галактического окружения.

  

Рисунок 2. Относительные движения Солнца (желтая линия) и местного межзвездного облака (фиолетовая линия). Получившееся в результате относительное движение местного межзвездного ветра показано белой линией.

Как вы знаете, наше Солнце по отношению к близким звездам движется со скоростью 16,5 км/сек. Его полет (а заодно и всей Солнечной системы) направлен к точке, лежащей на границе созвездий Геркулеса и Лиры, примерно под углом 25 градусов к плоскости Галактики. На преодоление 50 световых лет пространства с такой скоростью потребуется один миллион лет. Обращение нашего светила вокруг центра Галактики носит колебательный характер: каждые 33 миллиона лет оно пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору. На совершение полного оборота Солнцу требуется 250 миллионов лет. Но следует различать движение Солнца относительно центра Галактики и движение относительно близких звезд. Ведь, говоря о скорости, к примеру, самолета, мы же не учитываем скорость обращения Земли вокруг Солнца? Так и астрономы не обращают внимание на галактическую орбитальную скорость при рассмотрении скорости движения нашего светила через местное звездное население.

   Солнечную систему окружает местное межзвездное облако, теплое и плотное, которое, как и все облака, состоит из газа и пыли. Причем масса пыли составляет всего 1% от массы всего межзвездного облака. А газ в нем это на 90% водород и на 9.99% - гелий. Более тяжелые элементы в сумме дают не более 0.01% по массе. Солнце расположено внутри этого облака в районе, который иногда называют местным "пузырем", представляющим собой большое и относительно пустое пространство. Между прочим, в космосе настолько пусто, что это даже вообразить сложно! Представьте: самый лучший, самый "пустой" современный лабораторный вакуум в 10000 раз плотнее обычных межзвездных облаков, (вполне видимых на фотографиях сделанных с помощью телескопов) которые в тысячи раз плотнее местного "пузыря"! Плотность этого "пузыря" всего лишь 0.001 атом в кубическом сантиметре! Зато температура у него – действительно астрономическая: около миллиона градусов по кельвину! По сравнению с ним окружающее "пузырь" местное межзвездное облако слегка теплое, его температура 7000 градусов по кельвину.

  

Рисунок 3. Галактическое окружение Солнца на расстояниях до 1500 световых лет содержит газовые облака с различными плотностями и давлениями. На протяжении последних нескольких миллионов лет Солнце проходило через местный «пузырь», а в данный момент Солнце пересекает оболочку из теплого, частично ионизированного метериала, дующего из района звездообразования в ассоциации Скорпиона-Центавра.

Местный "пузырь" опоясан большим кольцом молодых звезд и зон, в которых продолжается звездообразование. Вышеупомянутое кольцо известно под названием пояс Гульда. Его можно увидеть ночью как полосу ярких звезд, протянувшуюся от Ориона к Скорпиону и наклоненную под углом в 20 градусов к галактической плоскости. Северный полюс пояса Гульда проецируется на небесную сферу близко к так называемому отверстию Локмана, зоне, содержащей наименьшее количество межзвездного газа между Солнцем и внегалактическим космосом.

   Активное звездообразование на границах местного "пузыря" регулирует распределение межзвездного вещества. Самый близкий район формирования новых солнц находится на расстоянии приблизительно 400 световых лет от Солнца (на окраинах местного "пузыря") в ассоциации Скорпион-Центавр. Молекулярные облака в этом районе значительно холоднее (менее 100 градусов кельвина) и во много раз плотнее (более 1000 атомов в кубическом сантиметре), чем местное межзвездное облако. Определенная учеными траектория движения Солнца в Галактике показывает, что Солнце перемещается через пояс Гульда, находясь в области очень низкой плотности межзвездного вещества, уже в течении нескольких миллионов лет. Вероятность столкновения с большим и плотным межзвездным облаком в этой области очень мала. И, поскольку, в данный момент мы медленно движемся к выходу из местного "пузыря", скорее всего на протяжении ближайшего миллиона лет столкновений с другими газово-пылевыми облаками не будет. Но стоит задуматься над тем, как отразится на климате Земли возможное столкновение с межзвездным облаком в пусть далеком, но все же реальном будущем. Кстати, интересно – то, что люди появились на Земле пока Солнце путешествовало вместе с нами через относительно пустую область космоса - это совпадение?

  

Рисунок 4. Поглощение ультрафиолетового света по лучу зрения по направлению к звезде Эта Большой Медведицы помогает выяснить характеристики межзвездного газа, включая его состав и скорость относительно Солнца. Из рисунка видно, что линии поглощения ультрафиолета (на волне 1.33 ангстрема) создаются ионизированным углеродом, находящимся в межзвездном облаке между звездой и Землей. Доплеровское смещение линий поглощения показывает, что атомы углерода двигаются с различными скоростями относительно Солнца. Асимметричность линий поглощения показывает, что существуют как минимум два облака с различными скоростями движения. Слабая линия поглощения (красная линия) является следствием столкновений ионов углерода с электронами в облаке. Более сильная линия поглощения (черная линия) напрямую зависит от степени ионизации газа в облаке.

   Несмотря на отсутствие массивных межзвездных облаков на расстояниях до 100 световых лет, все-таки похоже, что местное галактическое окружение может незаметно для нас измениться за гораздо более короткий срок времени. Следует заметить, что низкая плотность местного пузыря позволяет легко расширяться в свободное пространство ударным волнам и выброшенным оболочкам сверхновых звезд, проносящимся мимо Солнца. Действительно, у ученых есть сведения о том, что последние 250 000 лет Солнечная система испытывала воздействие непрерывного потока межзвездных частичек со стороны ассоциации Скорпиона-Центавра. Однако, существуют подозрения, что ближайшее галактическое окружение Солнца могло измениться даже за последние 2000 лет! Пока подобные заявления делаются неуверенно, поскольку у астрономов нет еще полного понимания сложной структуры местного межзвездного облака.

   Облако вокруг Солнечной системы является частью материала, выброшенного из ассоциации Скорпиона - Центавра, и движущегося перпендикулярно направлению движения Солнца (относительно ближайших звезд). Это представление подтверждается наблюдениями, которые показывают, как поток межзвездных частичек влетает в Солнечную систему со скоростью 26 километров в секунду из области, лежащей вдоль эклиптики на расстоянии 15 градусов от направления на центр Галактики.

   Образование местного "пузыря" и местного межзвездного облака все еще остается открытым вопросом. Некоторые астрономы полагают что местный "пузырь" и местное межгалактическое облако образовались в области пространства между спиральными рукавами нашей Галактики после очищения ее от плотной межзвездной материи могучими ударными волнами, возникающими в процессе звездообразования в созвездиях Скорпиона, Центавра и Ориона. Иные ученые не сомневаются, что причиной образования этого относительно свободного пространства стала вспышка сверхновой в окрестностях Солнца. Происхождение самого термина "пузырь" связано с идеей, что Солнечная система находится внутри остатка сверхновой.

Рисунок 5. Солнечный ветер, истекающий из солнечной короны, заполняет пространство вокруг Солнца, называемое гелиосферой и взаимодействует с межзвездным газом. Заряженные частица (белые линии) в большинстве ионы водорода, отражаются границей гелиосферы, а нейтральные частички (розовые дуги), в основном атомы гелия и водорода, проникают в гелиосферу. Солнечный ветер, дующий от Солнца, показан белыми линиями внутри гелиосферы. В результате взаимодействия с межзвездным газом он формирует «гелиевый хвост», тянущийся за Солнечной системой.

   Местный межзвездный ветер, дующий через нашу планетную систему, должен пройти сквозь другой ветер - ветер, дующий от Солнца. Солнечный ветер представляет собой горячую плазму, состоящую из заряженных частиц (в основном это протоны, ядра гелия и электроны) и уносящуюся от Солнца с высокой скоростью. Источником этого ветра является солнечная корона, раскаленная до миллионов градусов. Ее как раз очень хорошо видно во время полного солнечного затмения в виде восхитительного венца, окружающего солнечный диск. Солнечный ветер также содержит магнитное поле, спирально закрученное вследствие вращения Солнца. Солнечный ветер выдувается из короны со сверхзвуковой скоростью и достигает орбиты Плутона, прежде чем встречает на своем пути межзвездный ветер. По мере приближения солнечного ветра к границам солнечной системы его плотность и скорость уменьшаются. На расстояниях 80-100 астрономических единиц формируется ударная зона, образование которой связано с переходом скорости солнечного ветра от сверхзвуковой к дозвуковой. Окончательная остановка солнечного ветра происходит в зоне торможения, расположенной в 130-150 астрономических единицах от Солнца. Современная модель гелиосферы предполагает, что она по форме очень похожа на капельку воды. Такая красивая форма обусловлена в основном обтеканием межзвездного ветра плазмы солнечного ветра.

   Внутрь гелиосферы проникают по большей части нейтральные межзвездные атомы водорода и гелия. Причем замечательно, что 98% газа внутри гелиосферы (исключая газ, связанный с кометами и планетарными телами) составляет межзвездный газ. Этот факт становится очевидным, если учесть, что плотности солнечного и межзвездного ветра становятся равными между собой в районе орбиты Юпитера.

   Впервые межзвездный газ в Солнечной системе был открыт с помощью спутника, следящего за нейтральным водородом в верхних слоях атмосферы Земли. В межзвездном космическом пространстве водород имеет низкую температуру, поэтому его электрон занимает положение, соответствующее уровню минимальной энергии. Но когда нейтральный межзвездный атом водорода приближается к Солнцу, интенсивное излучение солнечной атмосферы передает энергию этому атому и его электрон переходит в положение на орбите, соответствующее уровню более высокой энергии. При переходе электрона обратно в состояние с низкой энергией он излучает фотон в ультрафиолетовом диапазоне, который и фиксируется с помощью аппаратуры спутника.

  

(c) Астроном-любитель.2005 г.