Невооруженному глазу доступны лишь очень немногие объекты, лежащие за пределами Солнечной системы. Темной ночью на всем небе, включая его северное и южное полушария, мы различаем около 6000 звезд — это ничтожно по сравнению с 200–400 миллиардами звезд, которые образуют нашу Галактику. Древние астрономы обратили внимание на звездные скопления Гиады и Плеяды, которые видны в виде тесных «кучек» звезд, еще некоторые из скоплений доступны простому глазу в виде туманных пятнышек. Невооруженным глазом видны и некоторые двойные звезды — например, Мицар и Алькор в Ковше Большой Медведицы, Эпсилон Лиры.
Но по-настоящему удивительный мир нашей Галактики открывается только владельцу телескопа или хотя бы бинокля. Туманная полоса Млечного Пути распадается на бесчисленное количество звезд. Невидимые простому глазу компаньоны обнаруживаются у очень многих звезд. Множество туманных пятнышек видно уже в бинокль, а при большем увеличении они превращаются в тесные группы звезд. Некоторые из них так и остаются туманными пятнышками — потому что состоят не из звезд, а из гигантских облаков газа и пыли…
Рассмотрим основные типы объектов нашей Галактики, доступных для любительских наблюдений.
Двойные и кратные звезды
Уже достоверно известно, что большинство звезд нашей Галактики обитают в двойных и кратных системах, а одиночные звезды, типа нашего Солнца, — являются скорее исключением. Многие звездные пары можно «разделить» на отдельные компоненты уже в бинокль, некоторые — невооруженным глазом при хорошем зрении, а для телескопа их доступно великое множество. Существуют и спектрально-двойные звезды, которые невозможно разделить ни в один телескоп, но их двойственность определяется по смещению линий в спектре. Наконец, существуют и кратные системы, которые могут состоять из трех, четырех и более звезд! На поверку многие компоненты двойных и кратных систем сами оказываются двойными. Такова звезда Эпсилон Лиры, видимая невооруженным глазом как двойная. В телескоп каждая из звезд разделяется еще на две звезды, т. е. всего в системе насчитывается четыре компонента. Многим известна звездная пара Мицар и Алькор в созвездии Большая Медведица. Уже в небольшой телескоп яркая звезда из этой пары — Мицар — сама видна как двойная. А спектральный анализ показывает, что и оба компонента Мицара — тесные пары звезд! Более того, Алькор тоже оказался двойной звездой, и вся система стала уже шестикратной!
Кратные системы звезд — распространенное явление во Вселенной.
Еще один пример шестикратной системы — альфа Близнецов, звезда Кастор. В телескоп она тоже видна как тройная, и каждый из компонентов, в свою очередь, — спектрально-двойная звезда.
Наблюдать двойные звезды любительскими средствами интересно по нескольким причинам. У многих из них компоненты заметно отличаются по цвету и яркости, и при наблюдении в телескоп они показывают интересные цветовые эффекты. Например, контраст красной и голубой звезды может смотреться очень впечатляюще. Иногда желтая или голубоватая звезда может казаться зеленой из-за свойств нашего зрения…
Компоненты тесной звездной пары обмениваются веществом
Кроме того, двойные звезды — это хороший тест разрешающей способности телескопа, а также — одни из немногих объектов, которые доступны для наблюдения даже в условиях мегаполиса.
Следует, правда, отметить, что наряду с истинными двойными звездами есть немало так называемых оптических двойных — когда две звезды случайно видны на небе рядом, а в действительности отделены друг от друга сотнями световых лет. Но на эстетическом удовольствии от наблюдения это обстоятельство никак не сказывается.
Некоторые яркие двойные и кратные звезды, доступные невооруженному глазу или биноклю
Звездные скопления
Более крупные звездные «объединения», насчитывающие примерно от десяти до сотен тысяч и миллионов звезд, называются звездными скоплениями. Звезды в таких группах всегда гравитационно связаны между собой и имеют общее происхождение.
Звездные скопления делятся на два основных типа: рассеянные и шаровые.
Рассеянные скопления
Самый известный их представитель — это знаменитые Плеяды в созвездии Тельца. Тесная кучка звезд прекрасно видна невооруженным глазом. Зоркий глаз видит в ней от 6 до 9 звезд, а в телескоп их насчитывается до тысячи. Максимальное же число звезд в рассеянных скоплениях может достигать нескольких тысяч.
Эти звездные коллективы представляют собой чаще всего молодые звезды, лишь недавно (по космическим меркам) образовавшиеся из общего газово-пылевого облака и часто погруженные в него. Гравитационные силы удерживают их вместе не очень сильно, и, как правило, через несколько миллионов лет такие скопления распадаются. Поэтому большинство звезд в рассеянных скоплениях — это молодые звезды, среди которых много горячих голубых.
Рассеянное скопление М45 (Плеяды)
Кроме Плеяд, невооруженным глазом видны Гиады. Это скопление — самое близкое к нам, и поэтому оно не кажется тесной группой. Его звезды образуют часть созвездия Телец.
Как едва заметные туманные пятнышки невооруженным глазом видны скопление Ясли (М44) в созвездии Рак, Двойное скопление в Персее и еще несколько объектов. Но в бинокли и телескопы для любителя астрономии открывается потрясающее разнообразие рассеянных скоплений. Больше всего их в полосе Млечного Пути, а значит, благоприятное время для их наблюдений — это лето и зима, когда он виден высоко над горизонтом.
Шаровые скопления
В отличие от рассеянных скоплений, шаровые звездные скопления — одни из самых старых объектов Галактики. Их возраст может достигать 10–11 млрд лет. Они состоят из старых звезд, среди которых много красных гигантов. В отличие от рассеянных скоплений, эти системы звезд значительно более стабильны и не распадаются полностью в течение миллиардов лет, хотя некоторые звезды в результате взаимных гравитационных взаимодействий изредка покидают их.
Некоторые из шаровых скоплений видны невооруженным глазом как туманные пятнышки. Самые яркие из них — 47 Тукана и Омега Кентавра — имеют 4 звездную величину. К сожалению, наблюдать их можно лишь в Южном полушарии. На северном небе самое удобное для наблюдений шаровое скопление — это М13 в Геркулесе. На темном небе с хорошим зрением это туманное пятнышко можно обнаружить без оптического прибора. Уже 15-кратное увеличение покажет туманный шарик с заметным уплотнением к центру. А начиная с увеличения 80 крат (при апертуре больше 60 мм) становятся различимыми отдельные звезды в скоплении. В 200-мм телескоп при 150–200 крат скопление разрешается на звезды до самого центра. Телескоп с такой апертурой будет наиболее оптимальным инструментом и для других шаровых скоплений.
Шаровое скопление М54. Снимок космического телескопа «Хаббл»
Наиболее благоприятное время года для наблюдения этих объектов — лето, когда над горизонтом поднимаются созвездия Змееносец, Геркулес, Змея, Стрелец и Скорпион, в которых много красивых и ярких скоплений.
Весной есть интересные «шаровики» в созвездиях Гончие Псы, Волосы Вероники и Волопас.
Осенью доступны шаровые скопления в Пегасе и Водолее. А вот зимой лучше заняться другими объектами, поскольку зимние созвездия почти полностью лишены этих древних образований.
16. Туманности
Кроме звезд и планет, на небе есть множество объектов, имеющих вид туманных пятен. Первоначально все они назывались одним словом — туманности. Впоследствии, с появлением более совершенных телескопов, многие из этих туманных пятен разрешились на звезды и оказались шаровыми и рассеянными звездными скоплениями. Некоторые туманности оказались далекими галактиками, например, галактика М 31 в Андромеде до сих пор иногда неофициально называется «Туманность Андромеды». Но часть объектов сохранила и «законное» название «туманность». Это гигантские межзвездные облака, состоящие из пыли, газа и плазмы. Рассмотрим разные типы туманностей.
Темные туманности
Это плотные облака межзвездного газа и пыли, поглощающие свет от расположенных за ними светлых туманностей или звезд Млечного Пути. Невооруженным глазом видна темная туманность Угольный Мешок, расположенная в созвездии Южный Крест. Она выглядит как «провал» на фоне Млечного Пути. Этот объект недоступен для наблюдений на большей части Северного полушария, но нужно знать, что темный промежуток, разделяющий Млечный Путь на два «рукава» в созвездии Лебедя, — тоже образован межзвездной пылью, которая заслоняет от нас далекие звезды.
Пылевая туманность Конская голова (IC 434) в инфракрасных лучах. Снимок космического телескопа «Хаббл»
Эмиссионная туманность Ориона
Планетарная туиманность «Кошачий Глаз» (NGC 6543)
Известная темная туманность — Конская Голова в созвездии Орион. Множество темных туманностей видны на фоне светлых туманностей, или звезд Млечного Пути. В Южном полушарии хорошо заметна невооруженным глазом уже упомянутая туманность Угольный Мешок, а жители более северных районов могут увидеть невооруженным глазом и в бинокль туманность Курительная Трубка в созвездии Змееносец.
Отражательные туманности
Их название говорит само за себя. Основным источником их свечения служит отражение и рассеивание света звезды (или звезд) межзвездной пылью. Самый известный пример такой туманности — голубоватая дымка, окутывающая звездное скопление Плеяды. Отражательные туманности довольно трудны для визуального наблюдения в телескоп и лучше всего проявляются на фотографиях с длительными экспозициями.
Туманности, ионизованные излучением звезд (эмиссионные)
В отличие от отражательных туманностей, эти газопылевые облака испускают собственное излучение, вызванное их ионизацией от близлежащих звезд. Чаще всего — молодых горячих голубых гигантов. Чаще всего эмиссионные туманности расположены в областях звездообразования. Звезды, возбуждающие их свечение своим ультрафиолетовым излучением, сами совсем недавно (по космическим меркам) родились из вещества этих туманностей. Они не только ионизируют газ, но и «расталкивают» его вокруг себя, по образному выражению, «освобождаясь от пеленок». Наиболее часто в них светится красновато-розовым цветом ионизованный водород. Следует, правда, заметить, что яркие цвета туманностей, знакомые нам по фотографиям, видны лишь на этих снимках, подвергшихся специфической обработке — длительными экспозициями, разнообразными фильтрами, компьютерному усилению цветовых оттенков… Глазом же, в телескоп, у многих туманностей заметна форма, интересные детали, порой сложная структура — но цвет их кажется серовато-белесым, потому что наш глаз не способен воспринимать оттенки при слабом ночном освещении.
Эмиссионная туманность NGC 2174. Снимок космического телескопа «Хаббл».
Самая известная из таких туманностей — Большая туманность Ориона (М 42). На темном небе она хорошо различима даже невооруженным глазом, и много интересных деталей в ней видно даже в небольшие инструменты. Правда, и в случае с эмиссионными туманностями больше повезло Южному полушарию: самая яркая из них — Туманность Киля, или NGC 3372, видна именно там.
Планетарные туманности
Состоят из ионизированной газовой оболочки и центральной звезды — белого карлика. Название этому типу туманностей дал Вильям Гершель, посчитав, что они похожи по внешнему виду на диски планет. Действительно, планетарные туманности часто имеют округлую форму с довольно четкими краями. Однако впоследствии обнаружилось много объектов такого типа, совсем не похожих на диск; сейчас считается, что правильную округлую форму имеет лишь пятая часть планетарных туманностей. Остальные могут иметь весьма разнообразные формы — форму кольца или симметрично вытянутые (так называемые биполярные туманности). Внутри них заметна тонкая структура в виде струй, спиралей. Общее у всех планетарных туманностей — происхождение. Все они являются сброшенными оболочками звезд на поздней стадии их эволюции, обычно это красные гиганты и сверхгиганты. Оголенное ядро звезды становится белым карликом. Планетарные туманности «живут» недолго по звездным меркам — всего десятки тысяч лет. Они быстро расширяются и в итоге рассеиваются в пространстве. Такая судьба, согласно расчетам, ожидает в будущем и наше Солнце.
Самые яркие на земном небе планетарные туманности — это Улитка (NGC 7293) в созвездии Водолея и Гантель (М27) в созвездии Лисички. Их можно найти уже в бинокль, хотя детали их лучше изучать в телескоп с большой апертурой.
Туманности, созданные ударными волнами
Многие туманности созданы ударными волнами, приводящими к движению межзвездного вещества со сверхзвуковыми скоростями. Выбрасываемое вещество имеет скорости порядка сотен и тысяч км/с, поэтому температура газа за фронтом ударной волны может достигать многих миллионов градусов.
Основными источниками ударных волн во Вселенной служат явления, известные как вспышки новых и сверхновых, при которых звезда сбрасывает свою оболочку, а также звезды с сильнейшим звездным ветром, то есть мощным истечением вещества из недр. Во всех этих случаях ударная волна распространяется вокруг точечного источника выброса — звезды, а расширяющаяся туманность имеет форму, близкую к сферической. Как правило, такие туманности весьма недолговечны и прекращают свое существование, когда кинетическая энергия движущегося газа сходит на нет.
Самые мощные ударные волны образуются при взрыве сверхновой. Это заключительная стадия эволюции массивных звезд. Пока идут термоядерные реакции, их энергия не дает веществу звезды сжаться, но, когда звезда, исчерпав своё топливо, прекращает производство термоядерной энергии, происходит коллапс звезды под действием силы собственной гравитации — она «схлопывается внутрь себя» и превращается в нейтронную звезду или чёрную дыру.
Сверхновой может стать и белый карлик — сверхплотное ядро менее массивной звезды, когда-то тоже сбросившей свою оболочку. Если он находится в двойной системе, его мощная гравитация может «перетягивать» к нему вещество звезды-компаньона (это явление называется аккрецией), в результате чего он достигает критической массы и становится сверхновой в термоядерной вспышке.
Самая известная туманность — остаток Сверхновой — это Крабовидная туманность (М1) в созвездии Тельца. Она молода — вспышку наблюдали в Древнем Китае в 1054 году. Туманность имеет блеск 8 величины и доступна любительским инструментам.
Любителям астрономии хорошо известна также Туманность Вуаль (другие названия — Петля или Рыбачья Сеть) — огромный и относительно тусклый остаток сверхновой в созвездии Лебедя. Звезда взорвалась примерно 5000–8000 лет назад, и за это время туманность покрыла на небе область в 3 градуса. Расстояние до неё оценивается в 1400 световых лет. Эта туманность была открыта 5 сентября 1784 года Уильямом Гершелем. Туманность настолько велика, что её части считаются отдельными туманностями и имеют собственные названия. Визуально ее наблюдать трудно, но на фотографиях можно добиться очень эффектного зрелища.
От сверхновой нужно отличать вспышку новой звезды. Вообще, названия этих астрономических явлений довольно архаичны и по сути не корректны, потому что на самом деле это не рождение нового светила, а скорее наоборот — одна из стадий «умирания» звезды. Но тысячи лет люди видели вспышки таких звезд именно как «новые», появившиеся из «ниоткуда» светила. В «никуда» же они и исчезали — через несколько дней, недель или месяцев… Это тесные двойные звезды, в которых один компаньон — обычная звезда, а другой — белый карлик, то есть фактически — мертвое ядро звезды, сбросившее верхнюю оболочку, чрезвычайно плотное (при массе порядка солнечной диаметр его не больше Земли). Термоядерные реакции, происходящие в обычных звездах, в нем уже не идут. Но с близкой звезды-компаньона к нему перетекает часть ее вещества (выше уже было сказано, что такой процесс называется аккрецией). Когда накопленное вещество достигает критический массы, в недрах белого карлика запускаются термоядерные реакции, происходит взрыв, и накопленная газовая оболочка сбрасывается, уносясь в космическое пространство. Обе звезды, тем не менее, остаются целы, и процесс аккреции после взрыва начинается снова. Таким образом, одна и та же звезда может много раз вспыхивать как новая, вопрос только в периодичности. Чем меньше мощность вспышки, тем меньше период. Классические новые, увеличивающие свой блеск в среднем на 12 звездных величин, должны иметь периоды порядка тысячи лет.
Ударные волны, а следовательно, и туманности, возникающие при вспышке новых звезд, значительно слабее и живут более короткое время, чем остатки вспышек сверхновых.
Ударные волны возникают и у звезд с мощным звездным ветром, и в областях звездообразования. Во многих известных крупных туманностях (например, в туманности Ориона) к образованию различных их частей «приложили руку» разные процессы.