Где мы находимся в Млечном Пути: наше место среди звёзд

Солнечная система находится не в центре Млечного Пути и даже не в одном из его главных спиральных рукавов. Мы живём в небольшом отростке, который астрономы называют рукавом Ориона, на расстоянии примерно 26 тысяч световых лет от галактического центра. Это место одновременно и не особенное, и не случайное. Оно достаточно далеко от плотного, активного ядра, чтобы условия оставались относительно стабильными, и в то же время не на самом краю, где вещества для формирования планет уже меньше.

Когда смотришь на полосу Млечного Пути ночью вдали от городов, видишь именно диск нашей Галактики сбоку. Мы находимся внутри него, поэтому наблюдаем его как светлую полосу, а не как спираль сверху. Это простое наблюдение многое объясняет о нашем положении.

Далее разберём, как устроен Млечный Путь, где именно мы находимся в этой структуре и почему это место оказалось удобным для появления жизни.

Как выглядит Млечный Путь изнутри

Млечный Путь — барная спиральная галактика. В центре есть вытянутая барная структура из преимущественно старых звёзд, а от неё расходятся спиральные рукава, где сосредоточены молодые яркие звёзды, газ и пыль. Диск Галактики имеет диаметр около 100 тысяч световых лет, а толщина в районе спиральных рукавов — примерно тысяча световых лет. Это очень «сплющенная» система: если представить её как огромную тарелку, то высота будет в сто раз меньше диаметра.

В центре, за облаками газа и пыли, скрывается сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A* массой около четырёх миллионов солнечных. Вокруг неё — балдж, плотное скопление старых звёзд. Дальше идёт диск со спиральными рукавами, а снаружи — сферическое гало из старых звёзд и шаровых скоплений, плюс огромное количество тёмной материи, которая удерживает всю систему вместе.

Количество звёзд оценивают в диапазоне от 100 до 400 миллиардов. Точную цифру назвать трудно, потому что мы смотрим изнутри, а пыль закрывает многие области. Данные миссии Gaia Европейского космического агентства значительно уточнили карту ближайших участков, но полная трёхмерная модель всё ещё строится.

Главные спиральные рукава

Современные карты показывают, что в Галактике есть два доминирующих рукава — Стрельца–Киля и Персея — и несколько меньших ответвлений. Раньше считали, что рукавов четыре крупных, но более точные измерения расстояний до областей звездообразования изменили картину. Рукава — это не жёсткие конструкции. Это волны плотности, которые вращаются вокруг центра с другой скоростью, чем сами звёзды. Звёзды и газ проходят через рукава, и именно там вспыхивает звездообразование.

Между крупными рукавами есть промежутки с более низкой плотностью. Именно в одном из таких промежутков мы и оказались.

Рукав Ориона — наше место

Солнечная система расположена на внутреннем краю рукава Ориона, который также называют Локальным рукавом или отростком Ориона–Лебедя. Это не один из главных рукавов. Он короче и уже: длина оценивается примерно в 20 тысяч световых лет, ширина — около 3,5 тысячи. Он лежит между рукавом Стрельца (ближе к центру) и рукавом Персея (дальше наружу).

Долгое время астрономы считали его просто небольшим отростком. Более поздние измерения мазеров в областях массивного звездообразования показали, что структура значительно длиннее и по плотности и углу наклона ближе к полноценному рукаву. Солнечная система находится примерно посередине этой структуры, ближе к её внутреннему краю.

Расстояние до центра Галактики — около 26 тысяч световых лет. Это означает, что мы не на окраине, но и далеко не в плотном центре. Если взять радиус диска примерно 50 тысяч световых лет, то мы находимся примерно на половине или чуть дальше половины пути от центра.

Солнце немного выше галактической плоскости — оценки колеблются от 20 до 50–90 световых лет в сторону галактического севера. Разница небольшая по сравнению с толщиной диска, но её замечают по распределению молодых звёзд и молекулярных облаков.

Локальный пузырь и ближайшее окружение

Мы живём внутри Локального пузыря — области пониженной плотности межзвёздного газа диаметром в несколько сотен световых лет (некоторые оценки дают до тысячи). Эту полость, вероятно, «выжгли» несколько десятков сверхновых около 14 миллионов лет назад. Солнце вошло в эту область несколько миллионов лет назад. Сейчас мы находимся в небольшом более плотном облаке внутри пузыря — Локальном межзвёздном облаке.

Такое окружение имеет плюсы. Меньше плотного газа и пыли означает меньший риск близких сверхновых и меньшее количество космического мусора, которое могло бы бомбардировать планеты. С другой стороны, именно на поверхности этого пузыря сейчас активно формируются новые звёзды — ближайшие области звездообразования лежат на его оболочке.

Как астрономы определили наше положение

Определить, где мы находимся, непросто. Мы внутри Галактики, а межзвёздная пыль сильно поглощает свет в направлении к центру. Поэтому основную работу сделали радиоастрономия, инфракрасные обзоры и измерения расстояний до шаровых скоплений и мазеров.

В начале XX века Харлоу Шепли измерил расстояния до шаровых скоплений и показал, что они распределены вокруг точки в направлении созвездия Стрельца, а не вокруг Солнца. Это сместило центр Галактики далеко от нас. Позже радионаблюдения нейтрального водорода и молекулярных облаков позволили наметить спиральные рукава. Современные данные Very Long Baseline Array и миссии Gaia дали точные параллаксы до многих объектов и уточнили расстояние до центра примерно до 8 килопарсеков (около 26 тысяч световых лет).

Скорость вращения Солнца вокруг центра — около 230 км/с. Один полный оборот (галактический год) длится примерно 225–230 миллионов лет. В последний раз Солнечная система была в этой точке орбиты ещё в триасовом периоде, когда на Земле появлялись первые динозавры.

Почему именно здесь появилась жизнь

Наше положение часто называют галактической зоной жизни. Ближе к центру слишком много плотных звёздных скоплений, сильнее излучение и чаще близкие сверхновые. Дальше на окраине — меньше тяжёлых элементов, необходимых для формирования каменных планет. Рукав Ориона оказался компромиссом: достаточно далеко от бурного центра, но всё ещё в области, где есть газ и пыль для звездообразования.

По опыту наблюдений в тёмном небе заметно, насколько чётко видна полоса Млечного Пути именно летом, когда мы смотрим в направлении к центру (созвездие Стрельца). Зимой полоса слабее — мы смотрим наружу, в сторону менее плотных участков. Это простое подтверждение того, что мы не в центре.

Орбита Солнца не идеально круглая и не лежит точно в плоскости. Оно немного «качается» вверх-вниз, пересекая галактическую плоскость каждые несколько десятков миллионов лет. Влияет ли это на климат Земли — вопрос открытый, прямых доказательств нет, но гипотезы существуют.

Что дальше с нашим положением

Через несколько миллиардов лет Млечный Путь столкнётся с галактикой Андромеды. Процесс растянется на миллиарды лет, и Солнечная система, вероятно, выживет, хотя её орбита сильно изменится. К тому времени Солнце уже станет красным гигантом, так что для Земли это уже не будет иметь значения.

Сейчас же мы имеем уникальную возможность изучать Галактику изнутри. Каждые новые данные Gaia, радиотелескопы и инфракрасные обзоры уточняют карту. Расстояние до центра, точная форма рукава Ориона, структура Локального пузыря — всё это постоянно уточняется.

Если хотите почувствовать своё место в Галактике на практике — выберитесь в тёмное место летом и просто посмотрите на полосу Млечного Пути. То, что вы видите, — это диск, в котором мы плывём. А центр — где-то там, в самой яркой части, за десятки тысяч световых лет. Мы не в центре событий, и именно это, пожалуй, и хорошо.