Таковы были пределы Вселенной в представлении Шепли – около 100 лет назад. Вселенная представляла собой сплюснутую структуру (Млечный Путь) диаметром около 100 000 световых лет, причем центр Вселенной находился примерно в 25 000 световых лет от Солнца. Это огромные масштабы: один световой год равен 10 триллионам километров, так что расстояние в 100 000 световых лет непостижимо велико. Но важнейшие открытия 1920-х годов, о которых пойдет речь в главе 13, показали, что Вселенная на много порядков крупнее нашей колоссальной галактики Млечный Путь.
Давайте попробуем представить, насколько велик Млечный Путь. Ближайшие звезды расположены примерно в 4 световых годах от нас, то есть на расстоянии около 4 × 1013 км. Разделим это число на диаметр Солнца, 1,4 миллиона километров. Таким образом можно представить, сколько Солнц укладывается в ряд до ближайшей звезды: 30 миллионов. Даже такое расстояние кажется огромным. Солнце примерно в 100 раз больше Земли. Иными словами, расстояние до ближайшей звезды равно примерно 3 миллиардам диаметров Земли.
Звезды – крошечные пятнышки по сравнению с колоссальными межзвездными расстояниями. В сериале «Звездный путь» корабль «Энтерпрайз» в каждом рейсе то и дело минует «планету класса М»[18], – по-видимому, сценаристы позабыли, как велики эти расстояния. Вот почему «Энтерпрайз» так активно задействует свой варп-двигатель[19]! (Я уже не спрашиваю сценаристов, почему все инопланетяне, даже из Дельта-квадранта, у них разговаривают на отличном американском английском!)
Оказывается, расстояние в 4 световых года – типичный отрезок между двумя ближайшими звездами в нашей Галактике. Сегодня известно, что Млечный Путь имеет очень сплюснутую форму, он похож на диск диаметром около 100 000 световых лет и всего примерно 1000 световых лет в толщину. По человеческим меркам, 1000 световых лет – огромное расстояние, но все-таки по сравнению с общими размерами Млечного Пути оно совсем невелико. Основная часть пыли и другого межзвездного вещества в Млечном Пути сосредоточена в галактическом диске. Размеры Млечного Пути примерно в 25 000 раз превышают типичное расстояние между звездами, диаметр Млечного Пути примерно в 75 триллионов раз превышает диаметр Земли.
Созвездие Стрельца расположено в направлении центра Галактики. Учитывая, сколько пыли находится в межзвездной среде ближе к центру Млечного Пути, галактический центр совершенно укутан этой пылью, и мы его не видим. На снимках Млечного Пути в галактическом диске заметны области, где совсем мало звезд, – это означает, что такие регионы наполнены особенно плотными облаками пыли. Солнце находится в галактическом диске, но если смотреть в сторону от диска Млечного Пути, то пыль практически не мешает и мы четко видим Вселенную за пределами нашей Галактики.
Земля и Солнце расположены поблизости от срединной плоскости Млечного Пути. Поскольку звезды в Млечном Пути к тому же сильно сконцентрированы именно в области сплюснутого диска, максимальная плотность звезд наблюдается в полосе, опоясывающей небесную сферу. В любой момент времени над горизонтом видна лишь часть этого круга; остальная часть заслонена Землей и находится буквально у нас под ногами. В Северном полушарии лучше всего видна часть Млечного Пути, удаленная от центра Галактики. Поскольку Солнце и Земля расположены относительно далеко от галактического центра, звезд в видимом нам участке Млечного Пути также немного, и мы видим на небе сравнительно мало звезд. Однако из Южного полушария мы смотрим прямо в центр Млечного Пути, и там открывается значительно более волнующее зрелище, даже при том, что мешает пыль. В ясную майскую ночь в Чили, вдали от городских огней, просто дух захватывает, когда смотришь на небо. Одни из самых ярких воспоминаний в жизни у меня связаны с теми ночами, когда я работал в чилийской обсерватории Серро-Тололо, рядом со мной была женщина, впоследствии ставшая моей женой, а у нас над головой во все небо величественно расстилался Млечный Путь.
Еще более шикарная картина открывается, если наблюдать Млечный Путь в инфракрасном диапазоне. Мы уже знаем, что пыль сильнее поглощает синюю часть видимого спектра, чем красную, а инфракрасное излучение практически не затрагивает (см. главу 11). На рис. 12.2 показана карта всего неба в инфракрасном диапазоне, сделанная при помощи телескопов 2MASS (в рамках этого же проекта был получен ошеломительный снимок галактического центра с рис. 11.2). Большую часть снимка занимает тонкий диск Млечного Пути, также хорошо заметен центральный балдж.
Карта неба в инфракрасном диапазоне аналогична карте в видимом спектре, показанной на рис. 12.1. Горизонтальный «экватор» в середине этой проекции – это галактическая плоскость. Диск Млечного Пути, опоясывающий всю небесную сферу, на этом рисунке выглядит как горизонтальная прямая линия. Хотя рис. 12.2 сделан по данным, полученным в инфракрасном диапазоне, пыль Млечного Пути все равно отчасти затмевает изображение, и пятнышки, которые заметны на диске, – именно ее проявление. Наконец, обратите внимание на балдж в центре Млечного Пути; он выглядит слегка нескладно, и все дело в том, что по форме балдж напоминает картофелину, а не идеальную сферу, как когда-то казалось. Большое и Малое Магеллановы Облака – галактики-спутники Млечного Пути – видны правее и ниже галактической плоскости.
Харлоу Шепли осознал, что нужно смотреть в сторону от галактической плоскости (так как в плоскости почти ничего не видно из-за пыли), чтобы понять объемную структуру Млечного Пути. Шаровые звездные скопления Млечного Пути расположены как раз за пределами этой плоскости и видны по всему небу. Шепли хотел построить объемную карту этих скоплений, поэтому ему требовалось измерить расстояние до них. В принципе, это не составляло труда: достаточно было применить закон обратных квадратов для отношения яркости и светимости: B = L/(4πd2). Итак, если измерить яркость любой звезды в шаровом скоплении (это просто)
