Как найти землю на галактике

Об этом мы спросили ведущего научного сотрудника лаборатории внегалактической астрофизики и космологии Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук Дмитрия Макарова.

Дмитрий Игоревич, помните: в Тентуре, налево от Большой Медведицы… Правильный ли адрес землян в Галактике дал Георгий Данелия в фильме «Кин-дза-дза!»? А еще там наших пацаков упрекали за незнание порядкового номера Земли: «Номер твоей планеты, балда, любой планетарий за два чатла выдаст».

Дмитрий Макаров: Сегодня этот номер известен каждому школьнику. Конечно, если он не ловил ворон на уроках. Земля — третья планета от Солнца. Ближе к светилу только Меркурий и Венера, а дальше Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Ну и Плутон, который недавно разжаловали из планет. Теперь он считается одним из самых крупных объектов пояса Койпера. Это область, в которой «обитают» кометы. Они состоят из камней и льда, и у них короткий период обращения — меньше 200 лет. Знаменитая комета Галлея родом оттуда, она посещает нас каждые 76 лет. Еще дальше облако Оорта. Здесь летают в пустоте обломки, не пригодившиеся для строительства Солнечной системы. Это облако поставляет нам кометы с периодом в тысячи лет. Например, комета Хейла-Боппа. Мы стали свидетелями ее пришествия в 1997 году. Яркая голова кометы с огромным, на полнеба светящимся хвостом запомнилась многим. Заметьте, никаких особенных бед с землянами не случилось, хотя астрологи и прочие колдуны чего только не сулили. Комета вернется через 4 тысячи лет, так что кто пропустил, тот пропустил. Вот, собственно, первые точки нашего космического адреса. Землю назовем условно квартирой. А Солнечную систему со всеми ее планетами, спутниками и кометами — улицей.

Тогда что мы назовем городом?

Дмитрий Макаров: Галактику Млечный Путь. На Руси ее называли Птичий путь или Гусиная дорога. Если хотите понять, как наша галактика выглядит со стороны, посмотрите на фотографии туманности Андромеды. Она очень похожа. Ее можно разглядеть на ночном небе даже невооруженным глазом, как светлое пятно. А в телескопе открывается поистине потрясающее зрелище — гигантский звездный диск с закручивающимися по спирали рукавами. В нем мириады солнц. Так вот наш Млечный Путь выглядит ничуть не хуже. В нем от 200 до 400 миллиардов светил.

Где мы в этом скопище звезд?

Дмитрий Макаров: В одном из рукавов спирали. Он называется рукав Ориона. Солнечная система находится не на самой периферии, но в провинции — точно. От нас до центра галактики порядка 27 тысяч световых лет (Световой год — расстояние, которое свет, движущийся со скоростью 300 000 км в секунду, проходит за год). Величины настолько запредельные, что человеку сложно их осознать. К ядру галактики концентрация звезд становится все выше и выше. Это прекрасный сверкающий огнями мегаполис, а в самом центре зияет сверхмассивная черная дыра. Яркая полоса из звезд на ночном небе, которую мы называем Млечный Путь, это ребро галактического диска. Если бы Солнце располагалось чуть выше плоскости диска, мы любовались бы галактической спиралью во всей ее красе вместе с рукавами и загадочным ядром. Но мы как бы в лесу, и у нас пока нет возможности над ним подняться. Центр галактики от нас скрыт, его закрывают темные облака космической пыли, и только инфракрасный свет «пробивается» через эти области. Пыль не позволяет нам разглядеть грандиозное зрелище: сияющий эллипсоид ядра с бесчисленным количеством звезд. Будь он виден, он занимал бы в небе площадь более ста лун. Впрочем, жалеть не о чем. Земля находится в спокойном месте. Тут сотни миллионов, а может, и миллиардов лет не было никаких масштабных катаклизмов. Иначе наша хрупкая жизнь не смогла бы зародиться.

А дальше какая строка в нашем космическом адресе?

Дмитрий Макаров: Местная группа галактик. В нее входят Млечный Путь, туманность Андромеды (М31), галактика Треугольника (М33) и их спутники. Спутники — тоже галактики, но карликовые, они вращаются вокруг больших. Представьте, вся Вселенная расширяется, а Местная группа держится вместе. Ее связывает единое гравитационное поле. Следующая иерархическая структура — сверхскопление Девы. Его протяженность порядка 200 миллионов световых лет. Это невообразимое расстояние. Сверхскопление содержит десятки тысяч галактик, в них сотни миллиардов звездных систем. И вот здесь мы, безусловно, на самой окраине. Галактики как жемчужины «нанизаны» на нити или волокна, между которыми бескрайние пустоты с очень низкой плотностью материи — войды. По сути, наша Вселенная — это огромные войды, переплетающиеся галактическими нитями.

Похоже на паутину?

Дмитрий Макаров: Похоже, но и это еще не самое большое образование. Сверхскопление Девы является частью галактической структуры Ланиакеа. С гавайского языка это слово переводится как «небеса необъятные» в честь полинезийских мореходов, которые ориентировались по звездам в Тихом океане. Эта структура диаметром 520 миллионов световых лет содержит гигантское количество галактик. Продолжив наши ассоциации, Ланиакею можно назвать страной. Если вы скажете: «Я живу в Ланиакее», то ничуть не погрешите против истины. Астрономы определили наше место в ней, и да, мы и здесь умудрились угнездиться на периферии.

В Ланиакее астрономы обнаружили поразительное явление. Внутри нее скопления галактик куда-то движутся. По большому счету, они, конечно, разлетаются, но гравитация формирует частные космические течения, и мы их наблюдаем. Астрономы долго не могли понять, почему существуют эти потоки. Что стягивает звезды нашей части Вселенной?

Наша планета со скоростью 600 километров в секунду «падает» к Великому Аттрактору

Гравитационную аномалию назвали Великим Аттрактором. Область, куда «падают» миры, закрыта от нас пылью. Ее окрестности — неспокойное место, там «живут» древние галактики, которые то и дело сталкиваются. Раньше ученые предполагали, что галактическое течение вызвано чем-то, что лежит далеко позади Аттрактора. Возможно, что за ним скрывается невероятное количество темной материи. Но сегодня считается, что Аттрактор — это колоссальная концентрация галактик, поэтому она и действует как гравитационная яма.

Земля тоже движется к Великому Аттрактору?

Дмитрий Макаров: Конечно. Все, что есть в Ланиакее, «падает» к Великому Аттрактору. В том числе и наша маленькая Земля. Причем с достаточно высокой скоростью — около 600 километров секунду. Но расстояния во Вселенной так велики, что в запасе у землян миллиарды и миллиарды лет.

Где же место человека в грандиозной Вселенной?

Дмитрий Макаров: Наш космический адрес определен достаточно точно. Планета Земля, Солнечная система, рукав Ориона, галактика Млечный путь, Местная группа галактик, сверхскопление Девы, Ланиакеа. Мы живем в иерархической Вселенной, и таких структур, как Ланиакеа, в космосе много. Где заканчивается эта колоссальная иерархия и заканчивается ли она, неизвестно.

Но удивительно даже не то, что мы так малы, а то, что мы способны это осознавать.

Читайте еще

Чем занимается специальная астрофизическая обсерватория РАН, можно узнать на ее сайте www.sao.ru.

А вы знаете, что нам повезло родиться не только в «зоне жизни» звезды, но и всей галактики?

Как выглядят со стороны другие звезды и даже галактики мы уже говорил, а как видел бы нашу солнечную систему и нашу звезду-Солнце, сторонний наблюдатель?

Судя по анализу окружающего космического пространства, Солнечная система в настоящее время движется через местное межзвездное облако, состоящее в основном из водорода и некоторой доли гелия. Предполагается, что это местное межзвездное облако раскинулось на расстоянии в 30 световых лет, что в пересчете на километры, составляет что-то около 180 млн. км.

В свою очередь, “наше”  облако  находится внутри вытянутого газового облака, так называемого местного пузыря, образованного частицами древних сверхновых звезд. Пузырь растянут на 300 световых лет и находится на внутреннем крае одного из спиральных рукавов Млечного пути.

Впрочем, как уже говорилось мною ранее, наше точное положение  относительно рукавов Млечного пути нам неизвестно – как не крути, у нас просто нет возможности посмотреть на него со стороны и оценить ситуацию.

Что поделать: если практически в любом месте планеты вы можете определить ваше местоположение с достаточной точностью, то, если вы имеете дело с галактическими масштабами, это невозможно – наша галактика имеет 100 тыс. световых лет в поперечнике. Даже при изучении космического пространства вокруг нас многое остается неясно.

Если мы воспользуемся системой межгалактического позиционирования, мы вероятно обнаружим себя между верхней и нижней частью Млечного пути и на полпути между центром и внешним краем галактики. Согласно одной из гипотез мы поселились в довольно “престижном районе” галактики.

Существует предположение, что звезды, находящиеся на определенном расстоянии от центра галактики, находятся в так называемой обитаемой зоне, то есть там, где теоретически возможна жизнь. А жизнь возможна лишь в правильном месте с правильной температурой – на планете, расположенной на таком расстоянии от звезды, чтобы на ней жидкая вода. Только тогда жизнь сможет появиться и эволюционировать. В целом обитаемая зона простирается на 13 – 35 тыс. лет от центра Млечного пути. Учитывая, что наша солнечная система находится в 20 – 29 световых годах от ядра галактики, мы как раз посередине “жизненного оптимума”.

Впрочем, в настоящее время Солнечная система действительно является очень спокойным “районом” космоса. Планеты системы давно сформировались, “блуждающие” планеты либо разбились о соседей, либо сгинули за пределами нашего звездного дома, да и количество астероидов и метеоритов значительно снизилось по сравнению с тем хаосом, что царил вокруг 4 миллиарда лет назад.

Мы считаем, что ранние звезды формировались только из водорода и гелия. Но так как звезды – это своего рода ядерные реакторы, с течением времени образовались более тяжелые элементы. Это крайне важно, потому что, когда звезды умирают и взрываются, образуется сверхновые. Их остатки становятся строительным материалом для более тяжелых элементов и своеобразными семенами галактики. Откуда бы иначе им взяться, как не из “кузнецы химических элементов” находящейся в недрах звезд?

Вот, для примера, углерод в наших клетках, кислород в наших легких, кальций в наших костях, железо в нашей крови – все это те самые тяжелые элементы.

В необитаемой зоне, по-видимому, отсутствовали те процессы, которые сделали возможным возникновение жизни на Земле. Ближе к краю галактики взорвалось меньше массивных звезд, следовательно, было выброшено меньше тяжелых элементов. Дальше в галактике вы не найдете атомов таких важных для жизни элементов как кислород, углерод, азот. Обитаемая зона характеризуется наличием этих более тяжелых атомов и за ее границами жизнь попросту невозможна.

Если крайняя часть галактики – “плохой район”, то ее центральная часть еще хуже. И чем ближе к галактическому ядру, тем опаснее. Во времена Коперника, мы считали, что находимся в центре Вселенной. Похоже, после всего, что мы узнали о небесах, мы решили, что находимся в центре галактики. Теперь, когда нам известно еще больше, мы понимаем, как нам повезло оказаться не в центре.

В самом центре Млечного пути находится объект огромной массы – Стрелец А, черная дыра около 14 млн. км в поперечнике, ее масса в 3700 раз больше массы нашего Солнца. Черная дыра, находящаяся в центре галактики, выделяет мощное радиоизлучение, достаточное для того, чтобы испепелить все известные формы жизни. Так, что приблизится к ней невозможно. Есть и другие регионы галактики, которые непригодны для жизни. Например, из-за сильнейшего излучения звезд типа О.

Звезды О-типа – это гиганты значительно горячее Солнца, больше его в 10 – 15 раз и выбрасывающие в космос колоссальные дозы ультрафиолетового излучения. Под лучами такой звезды гибнет все. Такие звезды способны разрушить планеты еще до того, как они закончат формироваться. Излучение от них столь велико, что просто сдирает материю с формирующихся планет и планетарных систем, и буквально срывает планеты с орбит.

Звезды O-типа, это самые настоящие “звезды смерти”. Никакая жизнь невозможна в радиусе 10 и больше световых лет от них.

Так что наш уголок галактики – как цветущий сад между пустыней и океаном.  У нас есть все необходимые для жизни элементы.  На нашем участке главным барьером против космических лучей служит магнитное поле Солнце, а против радиации от Солнца нас защищает магнитное поле Земли.  Магнитное поле Солнца отвечает за  солнечный ветер, который является защитой от тех неприятностей, которые приходят к нам с края Солнечной системы.  Магнитное поле Солнце раскручивает солнечный ветер, представляющий из себя заряженные потоки протонов и электронов, выстреливающих из Солнца со скоростью миллион км в час.

Солнечный ветер несет магнитное поле на расстояние в три раза превышающее орбиту Нептуна. Но миллиард километров спустя в месте, называемом  гелиопаузой, солнечный ветер иссякает и почти исчезает. Замедлившись, он перестает быть барьером для космических лучей межзвездного пространства. Это место является границей гелиосферы.

Если бы не было гелиосферы, космические лучи беспрепятственно проникали бы в нашу Солнечную систему. Гелиосфера работает, как клетка для погружения с акулами, только вместо акул здесь радиация, а вместо аквалангиста – наша планета.

Некоторые из космических лучей все же проникают через барьер. Но теряют при этом большую часть своей силы. Раньше мы считали, что гелиосфера – это такой изящный барьер, что-то вроде складчатого занавеса из магнитного поля. До тех пор, пока не были получены данные с Вояджера 1 и Вояджера 2, запущенных в 1997 году. В начале 21 века были обработаны данные с аппаратов. Оказалось, что магнитное поле на границе гелиосферы представляет собой что-то вроде магнитной пены, каждый пузырек которой составляет около 100 млн. км в ширину. Мы привыкли думать, что поверхность поля сплошная, создающая надежный барьер. Но, как выяснилось, оно состоит из пузырьков и узоров.

Когда мы исследуем наши галактические окрестности, нам мешает пыль и газ, чтобы рассмотреть объекты более детально. За долгую историю наблюдений мы выяснили следующее. Когда мы исследуем ночное небо невооруженным глазом или с помощью телескопа, мы видим многое в видимой части спектра. Но это лишь часть того, что там есть на самом деле. Некоторые телескопы могут видеть через космическую пыль благодаря функции инфракрасного видения.

Звезды очень горячи, но скрываются в оболочках из пыли. А в инфракрасный телескоп мы можем их наблюдать. Объекты могут быть прозрачными или непрозрачными, все зависит от световых волн, то есть света, который либо может, либо не может через них пройти. Если что-то вроде газа или космической пыли становится между объектом наблюдения и телескопом, можно переместиться в другую часть спектра, где световые волны будут иметь другую частоту. В таком случае это препятствие может стать видимым.

Вооружившись инфракрасными и другими приспособлениями, мы обнаружили вокруг себя множество космических соседей, о существовании которых не подозревали. Существует ряд приборов для наблюдения за космическими телами, звездами в разных частях спектра.

Обнаружив множество новых космических тел вокруг нас, мы задумываемся как они ведут себя, как они повлияли на Землю в момент зарождения жизни на Земле.  Некоторые из них – «хорошие соседи», то есть ведут себя предсказуемо, движутся по предсказуемой траектории. «Плохие соседи» – непредсказуемые. Это может быть взрыв умирающей звезды или столкновение, осколки от которого полетят в нашу сторону.

Некоторые из наших соседей могли в древности принести нам «подарок», который изменил все. Когда наша Земля заканчивала формировать и остывала, поверхность была все еще очень горячей. А так как вода попросту испарилась, вновь она могла быть принесена на Землю многочисленными кометами или астероидами. Существует множество теорий о том, как мы могли получить воду.

Согласно одной из них, воду могли принести ледяные тела, пришедшие в Солнечную систему извне или оставшиеся после формирования Солнца и планет. Согласно одной из последних теорий около 4 млн. лет назад гравитация тяжелого газового гиганта Юпитера направила ледяные астероиды в сторону Марса, Земли и Венеры. Но только на Земле лед смог проникнуть в мантию. Вода размягчила Землю и инициировала процесс тектоники плит, вследствие чего появились континенты и океаны.

А каким образом в океанах зародилась жизнь?  Может быть, необходимы органические соединения попали в них из космоса? В некоторых метеоритах, которые называют углекислые хандриты, ученые обнаружили органические соединения, которые могли способствовать развитию жизни на Земле. Эти соединения похожи на те, которые были собраны из антарктических метеоритов, образцов межзвездной пыли и фрагментов комет, полученных НАСА из звездной пыли в 2005 году.

Происхождение жизни – это длинная цепь реакций органических соединений. Все органические соединения содержат углерод и вполне возможно, что различные обстоятельства привели к тому, что образовались различные органические соединения. Одни могли образовать здесь, на планете, а другие в космосе. Вполне возможно, что без этих межгалагтических подарков от наших соседей жизнь на Земле так бы и не появилась.

Но есть и непредсказуемые соседи. Например, звезда – оранжевый карлик Глизе 710. Эта звезда на 60% массивнее Солнца, в настоящее время всего в 63 световых годах от Земли и продолжает приближаться к Солнечной системе.

Также на расстоянии 1 светового года от Земли находится так называемое облако Оорта. Мы можем наблюдать кометы из облака Оорта, если они проходят достаточно близко к Солнцу, но обычно так не бывает и мы их не видим.

Есть же и просто “странные соседи”. Один из них (вернее, целая семья) это звезды созвездия Центавра.

Звезда Альфа Центавра, самая яркую звезду в созвездии Центавра, для нас третья по яркости звезда ночного неба. Она – ближайшая наша соседка, находится в 4 световых годах от нас. До 20-го века считалось, что это двойная звезда, но позже выяснилось, что мы наблюдаем ни что иное, как звездную систему из обращающихся вокруг друг друга сразу трех звезд!

Альфа Центавра А очень похожа на наше Солнце,  и масса у неё такая же. Альфа Центавра Б немного меньше, а третья звезда Проксима Центравра является звездой типа М, масса которой составляет около 12% массы Солнца. Она так мала, что мы не можем наблюдать ее невооруженным взглядом.

Оказывается, многие другие наши звезды-соседи также имеют несколько систем. Сириус, находящийся на расстоянии около 8,5 световых лет, известный как одна из самых ярких звезд на небе, тоже является двойной звездой. Большинство звезд меньше нашего Солнца и часто являются двойными. Так что наше Солнце-одиночка – скорее исключение из правил.

Большинство звезд вокруг – это красные или коричневые карлики. Красные карлики составляют до 70% всех звезд не только в нашей галактике, но и во Вселенной. Мы привыкли к нашему Солнцу, оно кажется нам эталоном, но красных карликов гораздо больше.

Мы не были уверены есть ли среди наших соседей коричневые карлики до 1990 года. Эти космические объекты также уникальны – не совсем звезды, но и не планеты, да и цвет у них совсем не коричневых.

Коричневые карлики – одни из самых загадочных обитателей нашей Солнечной системы, поскольку они действительно очень холодные и очень темные. Они излучают мало света, поэтому их крайне трудно наблюдать. В 2011 году один из телескопов НАСА, широкоугольный исследователь в инфракрасных лучах, где-то на расстоянии 9 – 40 световых лет от Земли обнаружил множество коричневых карликов с такой температурой поверхности, которая когда-то считалась невозможной. Некоторые из этих коричневых карликов настолько прохладны, что их можно даже потрогать. Температура их поверхности всего 26°С. Звезды комнатной температуры – чего только не увидишь во вселенной!

Однако снаружи нашего “местного пузыря” есть не только звезды, но и планеты, а точнее экзопланет – то есть обращающихся не вокруг Солнца. Открытие такие планет – чрезвычайно сложное событий. Это все равно, что наблюдать за одной единственной лампочкой в ночном Лас Вегасе! Фактически, мы даже не видим этих планет, а только догадываемся о них, когда Телескоп Кеплера отслеживающий изменение яркости звезд, фиксирует ничтожное изменение блеска звезды, когда одна из экзопленет, проходит по её диску.

Насколько нам известно, наш ближайший экзопланетарный сосед находится буквально “на одной” улице с нами, “всего” в 10 световых годах, на орбите оранжевой звезды Эпсилон Эридана. Однако экзопланета похожа скорее не на Землю, а на Юпитер, так как является огромным газовым гигантом. Впрочем, учитывая, что с момента первых открытий экзопланет прошло меньше двух десятков лет, как знать, что ждет нас дальше.

В 2011 году в нашем районе астрономы обнаружили новый вид планет – бездомные планеты. Оказывается, существуют планеты, которые не вращаются вокруг своей родительской звезды. Они начали свою жизнь, как и все остальные планеты, но в силу тех или иных причин были смещены со своей орбиты, покинули свои солнечные системы и теперь бесцельно блуждают по галактике без возможности вернуться домой. Это удивительно, но потребуется новое определения для названия подобного рода планет, для планет, существующих вне притяжения своих родительских звезд.

Впрочем, на горизонте маячит и пара событий, которые могут стать настоящей сенсацией даже в масштабах космоса.