Le mystère de la Voie lactée a hanté les gens pendant de nombreux siècles. Dans les mythes et légendes de nombreux peuples du monde, on l'appelait la route des dieux, le mystérieux pont des étoiles menant aux cieux, le fleuve céleste magique rempli de lait divin. On pense que c'était lui qui voulait dire quand les vieux contes de fées russes parlaient d'une rivière de lait avec des bancs de gelée. Et les habitants de l'ancienne Hellas l'appelaient Galaxias kuklos, ce qui signifie «cercle de lait». C'est de là que vient le mot Galaxy, familier aujourd'hui.
Mais dans tous les cas, la Voie lactée, comme tout ce qui peut être vu dans le ciel, était considérée comme sacrée. Il était adoré, des temples ont été construits en son honneur. D'ailleurs, peu de gens savent que l'arbre que nous décorons pour le Nouvel An n'est rien d'autre qu'un écho de ces cultes anciens lorsque la Voie lactée était présentée à nos ancêtres comme l'axe de l'Univers, l'Arbre du Monde, sur les branches invisibles desquelles mûrissent les fruits des étoiles. C'est le soir du Nouvel An que la Voie lactée "se tient" verticalement, comme un tronc s'élevant de l'horizon. C'est pourquoi, à l'imitation de l'arbre céleste, portant éternellement du fruit, l'arbre terrestre a été habillé au début du nouveau cycle annuel. Ils croyaient que cela donnait de l'espoir pour une récolte future et la faveur des dieux.
Qu'est-ce que la Voie lactée, pourquoi brille-t-elle et brille-t-elle de manière non uniforme, puis elle s'écoule le long d'un large canal, puis soudainement elle se divise en deux bras?
L'histoire scientifique de cette question peut être comptée au moins 2 000 ans. Ainsi, Platon a appelé la Voie lactée une couture reliant les hémisphères célestes, Démocrite et Anaxagoras ont dit que les étoiles l'éclairaient, et Aristote l'a expliqué par des paires lumineuses situées sous la Lune. Il y avait une autre suggestion, faite par le poète romain Marcus Manilius: peut-être que la Voie lactée est la lueur fusionnante de petites étoiles. À quel point il était proche de la vérité. Mais il était impossible de le confirmer en observant les étoiles à l'œil nu.
Le mystère de la Voie Lactée ne fut révélé qu'en 1610, lorsque le célèbre Galileo Galilei pointa son premier télescope sur elle, à travers lequel il vit "un immense amas d'étoiles" se fondre en une solide bande blanche à l'œil nu. Galilée a été étonné, il s'est rendu compte que l'hétérogénéité, voire la structure en lambeaux de la bande blanche s'explique par le fait qu'elle se compose de nombreux amas d'étoiles et de nuages sombres. Leur combinaison crée une image unique de la Voie lactée. Cependant, pourquoi les étoiles sombres sont concentrées dans une bande étroite, c'était impossible à comprendre à ce moment-là.
Dans le mouvement des étoiles dans la galaxie, les scientifiques distinguent des courants stellaires entiers. Les étoiles en eux sont connectées les unes aux autres. Ne confondez pas les courants stellaires avec les constellations, dont les contours peuvent souvent être un simple jeu de la nature et ne représentent un groupe connecté que lorsqu'ils sont observés depuis le système solaire. En fait, il arrive que dans la même constellation il y ait des étoiles appartenant à des courants différents. Par exemple, dans le célèbre seau Ursa Major (la figure la plus remarquable de cette constellation), seules cinq étoiles du milieu du seau appartiennent à un ruisseau, la première et la dernière dans une figure caractéristique d'un autre ruisseau. Et en même temps, dans le même ruisseau avec les cinq étoiles du milieu, il y a le célèbre Sirius - l'étoile la plus brillante de notre ciel, appartenant à une constellation complètement différente.
Un autre explorateur de la Voie lactée était William Herschel au 18ème siècle. En tant que musicien et compositeur, il a été impliqué dans la science des étoiles et la fabrication de télescopes. Le dernier d'entre eux pesait une tonne, avait un diamètre de miroir de 147 centimètres et une longueur de tuyau de 12 mètres. Cependant, la plupart de ses découvertes, qui sont devenues une récompense naturelle de la diligence, Herschel a fait avec un télescope la moitié de la taille de ce géant.
L'une des découvertes les plus importantes, comme l'appelait Herschel lui-même, était le Grand Plan de l'Univers. La méthode qu'il a appliquée s'est avérée être un simple décompte des étoiles dans le champ de vision du télescope. Et naturellement, différents nombres d'étoiles ont été trouvés dans différentes parties du ciel. (Il y avait plus de mille parties du ciel où les étoiles étaient comptées.) Sur la base de ces observations, Herschel a conclu que la forme de la Voie lactée était déjà une île stellaire dans l'Univers, à laquelle le Soleil appartient également. Il a même dessiné un dessin schématique, qui montre que notre système stellaire a une forme allongée irrégulière et ressemble à une meule géante. Eh bien, puisque cette meule entoure notre monde d'un anneau, alors, par conséquent, le Soleil est à l'intérieur et est situé quelque part près de la partie centrale. Voilà comment Herschel a peint,et cette idée a survécu dans l'esprit des scientifiques presque jusqu'au milieu du siècle dernier.
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Sur la base des conclusions de Herschel et de ses disciples, il s'est avéré que le Soleil occupe une position centrale spéciale dans la Galaxie appelée la Voie lactée. Cette structure était quelque peu similaire au système géocentrique du monde, adopté avant l'ère copernicienne, à la seule différence qu'auparavant la Terre était considérée comme le centre de l'Univers, et maintenant le Soleil l'est.
Et pourtant, on ne sait pas s'il y a d'autres étoiles en dehors de l'île des étoiles, sinon notre galaxie? Les télescopes Herschel ont permis de se rapprocher de la résolution de ce mystère. Le scientifique a découvert de nombreuses petites taches brumeuses dans le ciel et a enquêté sur les plus brillantes d'entre elles. Voyant que certains des spots se désintègrent en étoiles, Herschel a tiré la conclusion audacieuse que ce ne sont rien de plus que d'autres îles stellaires, comme notre Voie lactée, seulement très éloignées. C'est alors qu'il a suggéré, pour éviter toute confusion, d'écrire le nom de notre Monde avec une lettre majuscule, et le reste - avec une lettre minuscule. La même chose s'est produite avec le mot Galaxy. Quand nous l'écrivons avec une majuscule, nous parlons de notre Voie lactée, quand avec une minuscule - toutes les autres galaxies. Aujourd'hui, les astronomes appellent la Voie lactée la "rivière du lait" visible dans le ciel nocturne, et toute notre galaxie,composé de centaines de milliards d'étoiles. Ainsi, ce terme est utilisé dans deux sens: dans l'un - quand on parle des étoiles dans le ciel de la Terre, dans l'autre - lorsqu'on discute de la structure de l'Univers.
Les scientifiques expliquent la présence de branches spirales dans la galaxie par des ondes géantes de compression et de raréfaction du gaz interstellaire se déplaçant le long du disque galactique. Du fait que la vitesse orbitale du Soleil coïncidait presque avec la vitesse des ondes de compression, il est resté en avance sur le front d'onde pendant plusieurs milliards d'années. Cette circonstance était d'une grande importance pour l'émergence de la vie sur Terre.
Les bras en spirale contiennent de nombreuses étoiles de haute luminosité et masse. Et si la masse d'une étoile est grande, environ dix fois la masse du Soleil, un destin peu enviable l'attend, se terminant par une catastrophe cosmique grandiose - une explosion appelée explosion de supernova. Dans ce cas, l'éclat est si fort que cette étoile brille comme toutes les étoiles de la galaxie réunies. Les astronomes enregistrent souvent de telles catastrophes dans d'autres galaxies, mais cela ne s'est pas produit dans la nôtre depuis plusieurs centaines d'années. Lorsqu'une supernova explose, une puissante vague de rayonnement dur est générée qui peut détruire toute vie sur le chemin. C'est peut-être précisément à cause de la position unique dans la Galaxie que notre civilisation a réussi à se développer à un tel point que ses représentants tentent de connaître leur île étoilée. Il s'avèreque d'éventuels frères à l'esprit ne peuvent être recherchés que dans des «recoins» galactiques calmes comme le nôtre.
Les études de la nébuleuse d'Andromède ont joué un rôle important dans la compréhension de la structure de la «propre» galaxie. Les taches brumeuses dans le ciel sont connues depuis longtemps, mais elles étaient considérées comme des morceaux qui se sont détachés de la Voie lactée ou qui se fondaient dans une masse solide d'étoiles lointaines. Mais l'un de ces endroits, connu sous le nom de nébuleuse d'Andromède, était le plus brillant et le plus accrocheur. Il a été comparé à la fois à un nuage lumineux et à une flamme de bougie, et un astronome a même cru que dans cet endroit le dôme de cristal des cieux est plus mince que dans d'autres et que la lumière du Royaume de Dieu le traverse jusqu'à la Terre.
La nébuleuse d'Andromède est vraiment un spectacle spectaculaire. Si nos yeux étaient plus sensibles à la lumière, elle ne nous apparaîtrait pas comme un petit point brumeux allongé, quelque part dans le quart du disque lunaire (c'est sa partie centrale), mais comme une formation sept fois plus grande que la pleine lune. Mais ce n'est pas tout. Les télescopes modernes voient la nébuleuse d'Andromède de telle manière que jusqu'à 70 pleines lunes tiennent dans sa zone. Il n'a été possible de comprendre la structure de la nébuleuse d'Andromède que dans les années 20 du siècle dernier. Cela a été fait à l'aide d'un télescope avec un diamètre de miroir de 2,5 m par l'astrophysicien américain Edwin Hubble. Il a reçu des images dans lesquelles il affichait, maintenant sans aucun doute, une île géante d'étoiles, composée de milliards d'étoiles - une autre galaxie. Et l'observation d'étoiles individuelles dans la nébuleuse d'Andromède nous a permis de résoudre un autre problème: calculer la distance qui y sépare. Le fait est que dans l'Univers, il y a les soi-disant Céphéides - des étoiles variables, pulsant en raison de processus physiques internes qui modifient leur luminosité. Ces changements se produisent avec une certaine période: plus la période est longue, plus la luminosité du Céphéide est élevée - l'énergie libérée par l'étoile par unité de temps. Et à partir de là, vous pouvez déterminer la distance à l'étoile. Par exemple, les céphéides retrouvés dans la nébuleuse d'Andromède ont permis de déterminer la distance qui y sépare. Cela s'est avéré énorme - 2 millions d'années-lumière. Cependant, ce n'est que l'une des galaxies les plus proches de nous, dont, comme il s'est avéré, il y en a beaucoup dans l'Univers.plus la luminosité du Céphéide est élevée - l'énergie libérée par l'étoile par unité de temps. Et à partir de là, vous pouvez déterminer la distance à l'étoile. Par exemple, les céphéides retrouvés dans la nébuleuse d'Andromède ont permis de déterminer la distance qui y sépare. Cela s'est avéré énorme - 2 millions d'années-lumière. Cependant, ce n'est que l'une des galaxies les plus proches de nous, dont, comme il s'est avéré, il y en a beaucoup dans l'Univers.plus la luminosité du Céphéide est élevée - l'énergie libérée par l'étoile par unité de temps. Et à partir de là, vous pouvez déterminer la distance à l'étoile. Par exemple, les céphéides retrouvés dans la nébuleuse d'Andromède ont permis de déterminer la distance qui y sépare. Cela s'est avéré énorme - 2 millions d'années-lumière. Cependant, ce n'est que l'une des galaxies les plus proches de nous, dont, comme il s'est avéré, il y en a beaucoup dans l'Univers.
Plus les télescopes devenaient puissants, plus les options de structure des galaxies observées par les astronomes, qui se révélaient très inhabituelles, étaient claires. Parmi eux, il y a les soi-disant irréguliers, qui n'ont pas de structure symétrique, il y en a elliptiques et il y en a en spirale. Ici, ils semblent être les plus intéressants et les plus mystérieux. Imaginez un noyau brillant d'où émergent de gigantesques branches spirales incandescentes. Il existe des galaxies dans lesquelles le noyau est plus prononcé, tandis que les branches dominent dans d'autres. Il y a aussi des galaxies où les branches ne sortent pas du noyau, mais d'un pont spécial - la barre.
Alors à quel type de Voie Lactée appartient? Après tout, étant à l'intérieur de la galaxie, il est beaucoup plus difficile de comprendre sa structure que d'observer de côté. La nature elle-même a aidé à répondre à cette question: les galaxies par rapport à nous sont "dispersées" dans diverses positions. Certains que nous pouvons voir du bord, d'autres «à plat», et d'autres encore sous des angles différents.
Pendant longtemps, on a cru que la galaxie la plus proche de nous était le Grand Nuage de Magellan. Aujourd'hui, on sait que ce n'est pas le cas. En 1994, les distances cosmiques ont été mesurées plus précisément et une galaxie naine de la constellation du Sagittaire a pris la tête. Cependant, tout récemment, cette déclaration a également dû être révisée. Un voisin encore plus proche de notre galaxie a été découvert dans la constellation de Canis Major. Il n'est qu'à 42 mille années-lumière du centre de la Voie lactée.
Au total, 25 galaxies sont connues qui composent le soi-disant système local, c'est-à-dire une communauté de galaxies qui sont directement reliées les unes aux autres par des forces gravitationnelles. Le système local de galaxies mesure environ trois millions d'années-lumière. En plus de notre Voie lactée et de ses satellites, le système local comprend également la nébuleuse d'Andromède, la galaxie géante la plus proche avec ses satellites, et une autre galaxie spirale de la constellation du Triangulum. Elle est tournée vers nous "à plat". Domine le système local, bien sûr, la nébuleuse d'Andromède. Elle est une fois et demie plus massive que la Voie lactée.
Si les Céphéides de la nébuleuse d'Andromède ont permis de comprendre qu'elle est bien au-delà de notre Galaxie, alors l'étude des Céphéides plus proches a permis de déterminer la position du Soleil à l'intérieur de la Galaxie. Le pionnier ici était l'astrophysicien américain Harlow Shapley. L'un des objets qui l'intéressait étaient des amas d'étoiles globulaires, si denses que leur noyau se fond dans une lueur solide. La région la plus riche en amas globulaires se situe en direction de la constellation zodiacale du Sagittaire. Ils sont également connus dans d'autres galaxies, et ces amas sont toujours concentrés à proximité des noyaux galactiques. Si nous supposons que les lois de l'Univers sont les mêmes, nous pouvons conclure que notre Galaxie doit être disposée de la même manière. Shapley a trouvé des céphéides dans ses amas globulaires et en a mesuré la distance. Il s'est avéréque le Soleil n'est pas du tout situé au centre de la Voie lactée, mais à sa périphérie, pourrait-on dire, dans une province stellaire, à une distance de 25 mille années-lumière du centre. Ainsi, pour la deuxième fois après Copernic, l'idée de notre position privilégiée spéciale dans l'Univers a été démystifiée.
Réalisant que nous sommes à la périphérie de la galaxie, les scientifiques se sont intéressés à son centre. Comme d'autres îles stellaires, on s'attendait à ce qu'elle ait un noyau d'où émergent des branches en spirale. Nous les voyons comme la bande lumineuse de la Voie lactée, mais - nous voyons de l'intérieur, du bord. Ces branches en spirale, en saillie l'une sur l'autre, ne permettent pas de comprendre combien il y en a et comment elles sont disposées. De plus, les noyaux des autres galaxies brillent de mille feux. Mais pourquoi ce rayonnement n'est-il pas visible dans notre galaxie, est-il possible qu'il n'ait pas de noyau? La solution est venue à nouveau grâce aux observations des autres. Les scientifiques ont remarqué que dans les nébuleuses spirales, au type auquel notre galaxie était également attribuée, une couche sombre est clairement visible. Ce n'est rien de plus qu'une accumulation de gaz interstellaire et de poussière. Ce sont eux qui ont permis de répondre à la question - pourquoi ne voyons-nous pas notre propre noyau:notre système solaire est situé exactement à un point tel dans la galaxie que des nuages noirs géants bloquent le noyau d'un observateur sur Terre. Nous pouvons maintenant répondre à la question: pourquoi la Voie lactée se divise-t-elle en deux bras? Il s'est avéré que sa partie centrale est obscurcie par de puissants nuages de poussière. En fait, il y a des milliards d'étoiles derrière la poussière, y compris le centre de notre galaxie.
Des études ont également montré que si le nuage de poussière n'interférait pas avec nous, les terriens observeraient un grand spectacle: un ellipsoïde géant brillant du noyau avec d'innombrables étoiles occuperait plus d'une centaine de lunes dans le ciel.
Les télescopes fonctionnant dans de telles gammes du spectre du rayonnement électromagnétique que le pare-poussière n'interfère pas avec aidé à voir le noyau galactique derrière ce nuage de poussière. Mais la plupart de ces émissions sont piégées par l'atmosphère terrestre, donc, au stade actuel, l'astronautique et la radioastronomie jouent un rôle essentiel dans la connaissance de la Galaxie. Il s'est avéré que le centre de la Voie lactée brille bien dans la portée radio. Les scientifiques étaient particulièrement intéressés par la soi-disant source radio Sagittarius A * - un objet de la galaxie qui émet activement des ondes radio et des rayons X. Aujourd'hui, il peut être considéré comme prouvé que dans la constellation du Sagittaire, il y a un objet spatial mystérieux - un trou noir supermassif. On estime que sa masse peut être égale à la masse de 3 millions de soleils. Cet objet de densité monstrueuse a un champ gravitationnel si puissant,que même la lumière ne peut y échapper.
Naturellement, le trou noir lui-même ne brille dans aucune gamme, mais la matière qui tombe dessus émet des rayons X et vous permet de trouver l'emplacement du «monstre» cosmique. Certes, le rayonnement du Sagittaire A * est plus faible que celui trouvé dans les noyaux d'autres galaxies. Cela est peut-être dû au fait que la chute de matière n'est pas effectuée de manière intensive, mais lorsqu'elle se produit, un flash de rayonnement X est enregistré. Une fois que la luminosité de l'objet Sagittaire A * a littéralement augmenté en quelques minutes - c'est impossible pour une grande formation. Par conséquent, cet objet est compact et ne peut être qu'un trou noir. Soit dit en passant, pour transformer la Terre en trou noir, elle doit être compressée à la taille d'une boîte d'allumettes.
En général, de nombreuses sources de rayons X variables ont été découvertes au centre de notre galaxie, qui sont peut-être des trous noirs plus petits regroupant autour du supermassif central. Ils sont surveillés par l'observatoire spatial américain à rayons X «Chandra».
Une autre confirmation de la présence d'un trou noir supermassif au centre du noyau de notre Galaxie a été fournie par l'étude du mouvement des étoiles situées à proximité immédiate du noyau. Ainsi, dans le domaine infrarouge, les astronomes ont réussi à observer le mouvement d'une étoile qui a glissé du centre du noyau à une distance insignifiante sur une échelle galactique: seulement trois fois le rayon de l'orbite de Pluton. Les paramètres de l'orbite du mouvement de cette étoile indiquent qu'elle est située à proximité d'un objet invisible compact avec un champ gravitationnel monstrueux. Cela ne peut être qu'un trou noir et un trou supermassif. Ses recherches se poursuivent.
Il y a étonnamment peu d'informations sur la structure des bras en spirale de notre galaxie. Par l'apparition de la Voie lactée, on ne peut que juger que la Galaxie a la forme d'un disque. Et ce n'est qu'à l'aide d'observations du rayonnement de l'hydrogène interstellaire - l'élément le plus abondant de l'Univers - qu'il a été possible de reconstruire dans une certaine mesure l'image des bras de la Voie lactée. Cela est redevenu possible grâce à une analogie: dans d'autres galaxies, l'hydrogène est concentré juste le long des bras spiraux. Il existe également des régions de formation d'étoiles - de nombreuses jeunes étoiles, des amas de poussière et de gaz - des nébuleuses de gaz et de poussière.
Dans les années 50 du siècle dernier, les scientifiques ont réussi à dresser un tableau de la distribution des nuages d'hydrogène ionisé dans le voisinage galactique du Soleil. Il s'est avéré qu'il y avait au moins trois zones qui pourraient être identifiées avec les bras en spirale de la Voie lactée. L'un d'eux, le plus proche de nous, les scientifiques ont appelé le bras Orion-Cygnus. Celui qui est le plus éloigné de nous et, par conséquent, proche du centre de la Galaxie s'appelle le bras Sagittaire-Carina, et le bras périphérique, le bras Persée. Mais le voisinage galactique exploré est limité: la poussière interstellaire absorbe la lumière des étoiles lointaines et de l'hydrogène, de sorte qu'il devient impossible de comprendre le dessin ultérieur des branches en spirale.
Cependant, là où l'astronomie optique ne peut pas aider, les radiotélescopes viennent à la rescousse. On sait que les atomes d'hydrogène émettent à une longueur d'onde de 21 cm. C'est ce rayonnement que l'astrophysicien néerlandais Jan Oort a commencé à capter. La photo qu'il a reçue en 1954 était impressionnante. Les bras en spirale de la Voie lactée pouvaient maintenant être tracés sur de grandes distances. Il n'y avait plus de doute: la Voie lactée est un système d'étoiles en spirale similaire à la nébuleuse d'Andromède. Cependant, nous n'avons pas encore une image détaillée du motif en spirale de la Voie lactée: ses branches se confondent et il est très difficile de déterminer leur distance.
Aujourd'hui, on sait que notre galaxie est un système stellaire géant, qui comprend des centaines de milliards d'étoiles. Toutes les étoiles que nous voyons au-dessus de notre tête par une nuit claire appartiennent à notre Galaxie. Si nous pouvions nous déplacer dans l'espace et regarder la Voie lactée de côté, notre regard apparaîtrait comme une ville étoilée sous la forme d'une énorme soucoupe volante de 100 000 années-lumière de diamètre. En son centre, on verrait un épaississement notable - une barre - de 20 mille années-lumière de diamètre, à partir duquel de gigantesques branches en spirale vont dans l'espace.
Malgré le fait que l'apparence du Galaxy suggère un système plat, ce n'est pas tout à fait vrai. Le soi-disant halo, un nuage de matière raréfiée, s'étend autour de lui. Son rayon atteint 150 mille années-lumière. Autour du renflement central et du noyau se trouvent de nombreux amas globulaires d'étoiles rouges anciennes et froides. Harlow Shapley les a appelés le «squelette du corps» de notre galaxie. Les étoiles froides constituent le soi-disant sous-système sphérique de la Voie lactée, et son sous-système plat, en d'autres termes, les bras en spirale, est la «jeunesse stellaire». Il existe de nombreuses étoiles brillantes et proéminentes de haute luminosité.
De jeunes étoiles dans le plan galactique apparaissent en raison de la présence d'une énorme quantité de poussière et de gaz. On sait que les étoiles naissent grâce à la compression de matière dans les nuages de gaz et de poussière. Puis, pendant des millions d'années, les étoiles nouveau-nées «gonflent» ces nuages et deviennent visibles. La Terre et le Soleil ne sont pas le centre géométrique du monde - ils sont situés dans l'un des coins calmes de notre galaxie. Et, apparemment, cet endroit particulier est idéal pour l'émergence et le développement de la vie.
Depuis dix ans maintenant, les scientifiques sont capables de détecter de grandes planètes - de la taille de Jupiter - dans d'autres étoiles. Aujourd'hui, ils sont connus à environ une centaine et demie. Cela signifie que de tels systèmes planétaires sont répandus dans la galaxie. Armés de télescopes plus puissants, vous pouvez trouver des planètes aussi petites que la Terre, et sur elles, peut-être, des frères en tête.
Toutes les étoiles de la galaxie se déplacent sur leurs orbites autour de son noyau. Le soleil a sa propre orbite. Pour faire une révolution complète, le Soleil a besoin de pas moins de 250 millions d'années, ce qui est une année galactique (la vitesse du Soleil est de 220 km / s). La Terre a déjà fait le tour du centre de la Galaxie 25 à 30 fois. Cela signifie que ce sont exactement ces nombreuses années galactiques.
Il est très difficile de tracer le chemin du Soleil à travers la Voie lactée. Mais les télescopes modernes peuvent également détecter ce mouvement. En particulier, pour déterminer comment l'apparence du ciel étoilé change lorsque le Soleil se déplace par rapport aux étoiles les plus proches. Le point vers lequel se déplace le système solaire s'appelle l'apex et se situe dans la constellation d'Hercule, à la frontière avec la constellation de la Lyre.