© James Geach, 2014

© Перевод на русский язык. ООО «Издательство АСТ», 2022

© Оформление. ООО «Издательство АСТ», 2022

Сверкающая лента Млечного Пути сияет над плато Чахнантор в чилийской пустыне Атакама, ставшей домом для комплекса радиотелескопов «Атакамская большая [антенная] решетка миллиметрового диапазона». Наш мир – часть огромного скопления звезд, нашего космического дома. Его можно увидеть на снимке с длинной выдержкой, которая дает превосходное изображение центра Галактики, плотно населенного звездами. Темные пятна вдоль светлой полосы выдают присутствие межзвездной пыли: она блокирует свет звезд, находящихся за ней

Представьте, что вы стоите на высоком холме на окраине большого города. Вокруг вас разбросаны отдельные дома, местами объединяющиеся в тихие деревушки. Глядя на город, расстилающийся впереди, вы видите огромный сверкающий лабиринт улиц, парков и высотных зданий – плотная агломерация расползается во все стороны, а в ее центре – скопление сверкающих небоскребов. Но самое поразительное в этом мегаполисе – его безмолвие: на улицах ни души, не слышно полицейских сирен и даже неразличимого городского гула. Кажется, будто город охвачен цепенящим сном. И все же он лежит почти у ваших ног и терпеливо ждет, когда его исследуют. Но прямо сейчас вы одни в далеком пригороде и можете лишь наблюдать и изумляться сложности и богатству вида, расстилающегося перед вами.

Повернувшись к нему спиной, вы увидите бескрайнее открытое пространство, которое простирается до самого горизонта. Если отбросить редкие деревеньки и городки, примыкающие к окраине, мегаполис кажется одиноким путником в пустыне. Но далекие просторы зачаровывают ваш взгляд. Вы щуритесь и различаете вдали несколько слабых отсветов. Куда ни падает взгляд, вы видите все больше и больше таких огоньков, и наконец понимаете, что этот город не одинок, а мир – гораздо больше, чем вам казалось, и в нем могут быть и другие города, похожие на ваш.

То же относится и к галактикам, которым посвящена эта книга: здесь рассказывается о том, что мы знаем о них, а что все еще остается неизвестным. Для Галактики, в которой мы живем, Земля, Солнце и Солнечная система – лишь мельчайшие компоненты, но Вселенная полна и других галактик разных форм и размеров. По самым точным подсчетам, во Вселенной от 200 млрд до 500 млрд галактик. Как мы увидим далее, многие из них похожи на нашу, а другие отличаются – и довольно сильно. Задача внегалактической астрономии – понять, как они появились.

Пожалуй, самое потрясающее в галактиках – не они сами, а то невероятное расстояние, которое их разделяет. Лишь недавно люди смогли установить, что галактики представляют собой автономные объекты, изолированные безбрежными пучинами космоса. С этого открытия началось стремительное развитие наших представлений об их сущности, формировании и эволюции. Теперь мы можем проводить необычайные эксперименты и измерения и, что еще важнее, интерпретировать полученные результаты. Мы можем находить пульсирующие флуктуации реликтового излучения Большого взрыва, с которых началось формирование галактик. Мы можем наблюдать гибель звезд, взрывающихся в далеких галактиках, и отслеживать их тускнеющее сияние, чтобы получить данные как о процессе формирования галактик, так и об общей эволюции и судьбе Вселенной. А сегодня мы уже работаем над экспериментами, цель которых – обнаружить следы момента, когда началось образование первых звезд в первых галактиках. Далее в книге мы рассмотрим некоторые из этих тем.

Многие говорят, что мы живем в золотом веке изучения происхождения, эволюции и гибели галактик. Но следует помнить: как вид мы только-только начали действительно осознавать, что за пределами звездного скопления, которое мы называем Млечным Путем, существуют и другие звездные системы. Что звезды, которые мы видим на ночном небе, находятся от Земли почти так же невообразимо далеко, как и остальные галактики от Млечного Пути. Эта концепция Вселенной была экспериментально подтверждена в начале XX века.

Сначала мы создали карту галактик, расположенных недалеко от нас: благодаря такой близости свет от них виден достаточно отчетливо на нашем небе. Спустя столетия астрономы, стремясь познать Вселенную и вооружившись современными технологиями, исследовали миллионы галактик: создали карты их расположения в космосе, проанализировали состав и измерили движение. Теперь мы можем фиксировать сигналы галактик, излучение которых в миллиарды раз слабее, на частотах, которые не может воспринимать человеческий глаз – единственный инструмент, доступный нашим предкам, когда люди впервые заинтересовались содержанием небес.

Но что такое галактики? Из чего они сделаны? Насколько они велики? Как они образуются? Почему существуют разные типы галактик и как они изменились со временем? Эти вопросы – краеугольный камень исследований в сфере эволюции галактик. Все это мы рассмотрим далее в книге, но многие из этих вопросов все еще ждут ответа, так же как и многие тайны космоса все еще нуждаются в разгадке. Именно предвкушение новых открытий делает эту область самой увлекательной в астрономии и, возможно, во всей науке. Я не только познакомлю вас с последними достижениями, но и подробно расскажу об азах астрономического исследования. Как оно проводится, какие инструменты мы используем и чем на самом деле заняты астрономы каждый день? Первая остановка этого космического путешествия – наш дом и город, который лежит перед нами.

Посмотрите на небо ясной темной ночью, лучше всего – в фазе молодой Луны (когда ее не видно) и вдалеке от городской засветки на небе. Глазам понадобится пара минут на адаптацию к темноте, чтобы зрачки расширились и лучше воспринимали слабый свет, исходящий из-за пределов атмосферы. Теперь изучите небосвод: вы заметите, что плотность звезд возрастает там, где небо пересекает слегка светящаяся полоска. Это плоскость нашей Галактики в форме диска, где сконцентрировано множество звезд. Первые классические астрономы назвали его Via Lactae, или «Млечный Путь». Расположение звезд над нами представляет собой организованную структуру: в случае с нашей Галактикой мы видим диск, в котором находится наша система. Эта полоска – свет миллиардов звезд, которые наш глаз не может воспринимать по отдельности, только как рассеянное свечение – чем оно ярче, тем плотнее концентрация звезд в диске. Если вы взглянете на созвездие Стрельца, то будете смотреть в самый центр Галактики, где плотность материи больше всего, – это балдж, то есть утолщение со звездным населением, расположенное в центре большого диска.

Если ваш взгляд пересечет Млечный Путь под углом в 60 градусов, вы сможете увидеть другую слабо светящуюся полоску, идущую от горизонта, где Солнце только что село или собирается вставать. Это свечение испускается орбитальной плоскостью (эклиптикой) нашей Солнечной системы. Оно называется зодиакальным светом и представляет собой отражение солнечного света от бесчисленных частиц камней и пыли, попавших в ловушку рассеянного диска Солнечной системы. Угол наклона плоскости эклиптики по отношению к звездной полоске Млечного Пути показывает, как наклонена орбитальная плоскость Солнечной системы относительно галактической. Плоскость внутри плоскости.

Наша Солнечная система находится очень далеко от балджа – примерно на второй трети расстояния от центра Галактики до ее внешнего края. Галактический диск не такой уж плоский: посмотрев в любом направлении от Земли, мы увидим, что над нами, под нами и вокруг нас немало звезд, расположенных довольно близко. Хотя они находятся на разном расстоянии от Земли, наши глаза воспринимают их как статичные объекты разной степени яркости на поверхности гигантской сферы, окружающей нашу планету. Именно такую картину долгое время изображали астрономы – «недвижимые светила» на «небесной сфере». На самом деле многие звезды сдвигаются на небольшие, но легко измеряемые расстояния, и мы называем их звездами с «собственным движением». Так происходит потому, что они быстро перемещаются в космосе: это движение можно отследить, внимательно наблюдая за ежегодной сменой их координат на небе. Обычному наблюдателю с человеческой шкалой времени звезды, как правило, кажутся абсолютно неподвижными, но если бы он прилег вздремнуть на пару миллионов лет, то, проснувшись, увидел бы совершенно другие созвездия. Галактика и ее составляющие находятся в постоянном движении.