Млечный Путь — это спиральная галактика с перемычкой (баром), обычно классифицируемая как «SBc» в морфологической классификации галактик Хаббла («камертонная диаграмма»).¹² Из-за очевидного факта, что мы не можем наблюдать Млечный Путь со стороны, это свойство — как и некоторые другие описательные параметры нашей звездной системы — остается в некоторой степени дискуссионным. То, что мы можем видеть из нашей точки наблюдения глубоко внутри диска, показано на рисунке 2.1: наблюдается сильная концентрация как звездного, так и межзвездного вещества в плоскости диска. Хотя размер видимого диска Галактики (примерно соответствующий тому, что астрономы называют радиусом Холмберга13), как считается, составляет около 20 кпк, сегодня мы знаем, что действительно важная с точки зрения динамики материя, связанная с любой галактикой, простирается гораздо дальше. В частности, для галактик, подобных Млечному Пути (гигантских спиралей), гало темной материи простирается на галактоцентрическое расстояние не менее 50 кпк (прямые и неоспоримые доказательства), а возможно, и до 300 кпк (согласно множеству косвенных свидетельств, число которых растет с каждым годом). Хотя бо́льшая часть массы этого темного гало состоит из небарионной холодной темной материи, в нем присутствует и незначительное количество барионов, вероятно, в форме чрезвычайно разреженной и очень горячей водородно-гелиевой плазмы.¹⁴ В огромном объеме Галактического гало крайне мало звезд или каких-либо других «вещей» или «объектов» в традиционном понимании; любые события, интересные с точки зрения астробиологии и SETI, наверняка разворачиваются в пределах радиуса Холмберга Галактики.¹⁵

Рисунок 2.1  Млечный Путь, запечатленный обсерваторией Gaia Европейского космического агентства

(ESA) в течение первого года ее наблюдений, с июля 2014 года по сентябрь 2015 года. Другие галактики Местной

группы видны на изображении, в частности Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако, а также M31 и M33. Некоторые артефакты процедуры наблюдения также заметны — изогнутые структуры и более темные полосы имеют не астрономическое происхождение, а отражают особенности процесса сканирования. Поскольку эта карта основана на наблюдениях, выполненных в течение первого года миссии, обзор неба еще не является однородным; это отражает как постепенный характер накопления наших астрономических знаний, так и всепроникающий характер эффектов отбора, систематических погрешностей

и артефактов — весьма полезный урок для астробиологии и исследований по программе SETI.

Источник: Предоставлено ESA/Gaia/DPAC

По общепринятым оценкам, Галактика содержит около 3 × 1011 звезд. Сюда входят видимые звездные объекты в диске Млечного Пути; в гало же находится малоизученное количество рассеянных массивных компактных объектов гало (MACHO), которые могут быть (или не быть) остатками предыдущих поколений звезд, такими как белые или черные карлики или старые нейтронные звезды, а также субзвездными объектами (коричневыми карликами или планетами-гигантами). Звезды различных спектральных классов распределены по Млечному Пути неравномерно, причем классы, наиболее интересные для астробиологов — приблизительно звезды F, G и K, — концентрируются к плоскости Галактики.¹⁶ Хотя данные о планетах, очевидно, эмпирически гораздо более скудны, предварительные оценки показывают, что общее число планет огромно — вероятно, существенно выше числа звезд и ненамного меньше даже в самых консервативных моделях.¹⁷ Это особенно важно в контексте «расширенной обитаемости», которая рассматривает среды обитания, подобные Европе или Титану, как по меньшей мере потенциально интересные. В Млечном Пути вполне может быть более 1012 таких сред обитания, не говоря уже о более гипотетических вариантах, таких как свободно плавающие планеты, число которых на несколько порядков больше.¹⁸

Галактика состоит из нескольких компонентов: гало, балджа, бара, тонкого диска и толстого диска. Компонент, представляющий наибольший интерес для астробиологов, — это тонкий диск. В тонком диске находятся все богатые металлами звезды, подобные нашему Солнцу и относимые к звездному населению I типа. (В нем также содержатся все гигантские молекулярные облака, кометы и другие объекты, которые иногда гипотетически рассматриваются как альтернативные, непланетарные среды обитания для жизни; и, поскольку химия имеет хоть какое-то значение для этих альтернативных форм жизни, интересную химию можно обнаружить только в тонком диске.) Тонкий диск заметно моложе самой Галактики: если возраст старейших объектов Млечного Пути, проэволюционировавших шаровых скоплений, составляет около 13 млрд лет, то возраст населения тонкого диска обычно не превышает 10 млрд лет.¹⁹ Как следует из названия, тонкий диск представляет собой весьма сплюснутую систему; фактически он настолько плоский, что во многих численных моделях имеет смысл учитывать только два измерения — галактоцентрическое расстояние и угловую координату в плоскости Галактики. Если какой-либо процесс изотропен в том смысле, что в среднем отсутствует зависимость от углового положения, то для задания пространственных координат требуется лишь одна координата — галактоцентрическое расстояние. При нашем нынешнем, весьма скудном понимании предпосылок астробиологической эволюции имеет смысл использовать эту одномерную модель для большинства соответствующих процессов. Хотя нам следует признать возможные исключения (например, вертикальные колебания относительно плоскости Галактики могут приводить к гравитационным возмущениям в облаке Оорта, вызывая тем самым кометные ливни на обитаемых планетах; или же спиральные рукава Галактики могут нести повышенный риск близких вспышек сверхновых или встреч с гигантскими молекулярными облаками, что чревато последствиями для форм жизни²⁰), на данный момент даже модели, учитывающие только радиальную зависимость, дают богатые и неожиданные результаты, большинство из которых были получены лишь с начала нынешнего века.

Солнце расположено вблизи внутреннего края рукава Ориона нашей Галактики, на расстоянии 8,33 ± 0,35 кпк от Галактического центра. В ходе астрономического прогресса XX века это расстояние постепенно «сокращалось» — от первоначальной грубой оценки в 10 кпк до принятого МАС значения в 8,5 кпк и, наконец, до современного значения. Возраст Солнечной системы обычно оценивается в²¹

τ_⊙ = (4.5681 ± 0.0004) × 10⁹ years. (2.2)

Разумеется, необходимо учитывать, что четко определенного «возраста Солнечной системы» может вообще не существовать, поскольку различные части нашей планетной системы возникли в разное время; ярчайшим примером этого является Луна, которая, согласно преобладающей теории, образовалась в результате медленного столкновения с Землей через 20–100 млн лет после формирования нашей планеты.

Солнце со своей свитой планет и других тел Солнечной системы обращается вокруг Галактического центра с периодом около 250 млн лет и совершает колебания как в плоскости Галактики (радиальные колебания), так и перпендикулярно ей (вертикальные колебания). Небольшие радиальные колебания означают, что с точки зрения наблюдателя в инерциальной системе Галактического центра орбита Солнца не является замкнутой, а образует фигуру в виде розетки. Что касается вертикальных колебаний, наша планетная система в настоящее время находится очень близко к плоскости Галактики и совершает вертикальные движения относительно нее с амплитудой около 100 пк и периодом около 87 млн лет.²² Вопрос о том, связаны ли эти астрофизические временные масштабы причинно-следственной связью с историей земной биосферы, остается сложным и интригующим с середины 1980-х годов и не решен по сей день.²³ В любом случае эти временные масштабы играют определенную роль в концепции Галактической зоны обитаемости, которая будет рассмотрена в разделе 2.3.