Найважливішою особливістю небесних тіл є їх властивість об'єднуватися в системи. Земля і її супутник Місяць утворюють систему з двох тіл. Так як розміри Місяця не так вже й низькі в порівнянні з розмірами Землі, то деякі астрономи схильні розглядати Землю і Місяць як подвійну систему Юпітер і Сатурн зі своїми супутниками - приклади багатших систем. Сонце, дев'ять планет зі своїми супутниками, безліч малих планет, комет і метеорів утворюють систему більш високого порядку - Сонячну систему. Не утворюють чи систем і зірки?
Перше систематичне дослідження цього питання виконав у другій половині 18 століття англійський астроном Вільям Гершель. Він справляв в різних областях неба підрахунки зірок, які спостерігаються в поле зору його телескопа. Виявилося, що на небі можна намітити велике коло, що розтинає все небо на дві частини і володіє тим властивістю, що при наближенні до нього з будь-якого боку число зірок, видимих в полі зору телескопа, неухильно зростає і на самому колі стає невеликим. Якраз уздовж цього кола, що отримав назву галактичного екватора, стелиться Чумацький Шлях, що оперізує небо трохи смуга, що світиться, утворена сяйвом неяскравих далеких зірок. Гершель правильно пояснив знайдене їм явище тим, що спостерігаються нами зірки утворюють гігантську зоряну систему, яка сплюснута до галактичного екватора.
І все ж, хоча слідом за Гершелем дослідженням будівлі нашої зоряної системи - Галактики займалися відомі астрономи - В. Струве, Каптейн і інші. Саме уявлення про існування Галактики як відособлену зоряної системи було до тих пір, поки не були виявлені об'єкти, що знаходяться поза Галактики. Це сталося тільки в 20 роки нашого століття, коли з'ясувалося, що спиралеподібні і деякі інші туманності є гігантськими зоряними системами, що знаходяться на величезних відстанях від нас і порівнянними за будовою і розмірами з нашою Галактикою.
З'ясувалося, що існує безліч інших зоряних систем - галактик, досить різноманітних за формою і за складом, причому серед них є галактики, дуже схожі на нашу. Ця обставина виявилася дуже важливим. Наше становище всередині Галактики, з одного боку, полегшує її дослідження, а з іншого - ускладнює, так як для вивчення будови системи вигідніше її розглядати не зсередини, а з боку.
Форма Галактики нагадує круглий сильно стислий диск. Як і диск, Галактика має площину симетрії, що розділяє її на дві рівні частини і вісь симетрії, що проходить через центр системи і перпендикулярну до площин симетрії. Але у будь-якого диска є точно змальована поверхню - межа. У нашої зоряної системи такий чітко окресленої кордону немає, також як немає чіткої верхньої межі у атмосфери Землі. У Галактиці зірки розташовуються то тісніше, чим ближче дане місце до площині симетрії Галактики і чим ближче воно до її площини симетрії. Найбільша зоряна щільність в самому центрі Галактики. Тут на кожен кубічний парсек доводиться кілька тисяч зірок, тобто в центральних областях Галактики (в балджа) зоряна щільність у багато разів більше, ніж в околицях Сонця. При видаленні від площини і осі симетрії зоряна щільність убуває, при чому при видаленні від площини симетрії вона убуває значно швидше. З цього якби ми домовилися вважати кордоном Галактики ті місця, де зоряна щільність вже дуже мала і становить одну зірку на 100 пс, то окреслене цією межею тіло було б сильно стиснутим круглим диском. Якщо кордоном вважати область, де зоряна щільність ще менше і становить одну зірку на 10 000 пс, то знову окресленої кордоном тіло буде диском приблизно тієї ж форми, але тільки великих розмірів. З цього можна цілком виразно говорити про розміри Галактики. Якщо все-таки межами нашої зоряної системи вважати місця, де одна зірка припадає на 1 000 пс простору, то діаметр Галактики приблизно дорівнює 30 000 пс, а її товщі 2 500 пс. Таким чином, Галактика - дійсно сильно стиснута система: її діаметр - в 12 разів більше товщини.
Кількість зірок у Галактиці величезна. За сучасними даними воно перевершує сто мільярдів, тобто приблизно в 25 разів перевершує число жителів нашої планети.
Існування газу в просторі між зірками вперше було виявлено за присутності в спектрах зірок ліній поглинання, що викликаються міжзоряним кальцієм і міжзоряним натрієм. Ці кальцій і натрій заповнюють весь простір між спостерігачем і зіркою і із зіркою безпосередньо не пов'язані.
Після кальцію і натрію було встановлено присутність кисню, калію, титану та інших елементів, а також деяких молекулярних сполук: циана, вуглеводню та ін.
Щільність міжзоряного газу можна визначити за інтенсивністю його ліній. Як і слід було очікувати, вона виявилося дуже малою. Щільність міжзоряного натрію, наприклад, поблизу площини Галактики, де він найбільш щільний, відповідає одному атому на 10 000 см простору. Довгий час не вдавалося виявити міжзоряний водень, хоча в зірках він самий рясний газ. Це пояснюється особливостями фізичної будови атома водню і характером поля випромінювання Галактики. Поблизу площини Галактики один атом водню доводиться на 2-3 см3 простору. Це означає, що площина всієї газової матерії близько площині Галактики становить 5-8 * 1 025 см3, маса газу і інших елементів мізерно мала.
Розподілений міжзоряний газ нерівномірно, місцями утворюючи хмари з щільністю в десятки разів вища за середню, а місцями створюючи розрядження. При видаленні від площини Галактики середня щільність міжзоряного газу швидко падає. Загальна його маса в Галактиці складає 0,01-0,02 загальної маси всіх зірок.
Зірки - гарячі гіганти, що випромінюють велика кількість ультрафіолетових квантів, іонізують навколо себе міжзоряний водень значною області. Розмір зони іонізації в дуже великій мірі залежить від температури і світності зірки. Поза зон іонізації майже весь водень перебуває в нейтральному стані.
Таким чином, весь простір Галактики можна розділити на зони іонізованого водню і де водню неіонізовану. Данська астроном Стремгрен теоретично показав, що поступового переходу від області, де водень практично весь іонізований, до області, де він нейтральний, немає.
В даний час розроблений метод визначення закону обертання всієї маси нейтрального водню Галактики за сукупністю профілів його емісійної лінії 21 см. Можна вважати, що нейтральний водень в Галактиці обертається так само або майже так само, як і сама Галактика. Тоді стає відомим і закон обертання Галактики.
Цей метод в даний час дає найбільш надійні дані про закон обертання нашої зоряної системи, тобто дані про те, як змінюється кутова швидкість обертання системи в міру віддалення від центру Галактики до її околичних областях.
Для центральних областей кутову швидкість обертання поки визначити не вдається. Як видно, кутова швидкість обертання Галактики зменшується в міру віддалення її від центру спочатку швидко, а потім повільніше. На відстані 8 КПС. від центру кутова швидкість дорівнює 0, 0061 на рік. Це відповідає періоду обертання 212 млн. Років. В районі Сонця (10 КПС. Від центру Галактики) кутова швидкість дорівнює 0, 0047 на рік, причому період обертання 275 млн. Років. Зазвичай саме цю велічіну- період обертання Сонця разом з навколишніми зірками біля центру нашої зоряної системи-вважають періодом обертання Галактики і називають галактичним роком. Але потрібно розуміти, що спільного періоду для Галактики немає, вона обертається не як тверде тіло. В районі Сонця швидкість дорівнює 220 км / с. Це означає, що в своєму русі навколо центру Галактики Сонце і навколишні зірки пролітають за секунду 220 км.
Період обертання Галактики в районі Сонця дорівнює приблизно 275 млн. Років, а області, розташовані від центру Галактики далі Сонця, роблять оборот повільніше: період обертання зростає на 1 млн. Років при збільшенні відстані від центру Галактики приблизно на 30 пс.
Крім газу в просторі між зірками є пилинки. Розміри їх дуже малі і розташовуються вони на значних відстанях один від одного; середня відстань між пилінкамі- сусідами становить близько ста метрів. Тому середня щільність пилової матерії Галактики приблизно в 100 разів менше загальної маси газу і в 5000 10 000 разів менше загальної маси всіх зірок. Тому динамічна роль пилу в Галактиці дуже незначна. У Галактиці пилова матерія сильніше поглинає блакитні і сині промені, ніж жовті і червоні.
В деякому відношенні туман, в який занурена Галактика, істотно відрізняється від туману, який ми спостерігаємо на Землі. Відмінність полягає в тому, що вся маса пилової матерії має вкрай неоднорідну структуру. Вона не розподілена гладким шаром, а зібрана в окремі хмари різної форми і розмірів. Тому поглинання світла в Галактиці носить плямистий характер.
Пилова і газова матерії в Галактиці зазвичай перемішані, але пропорції їх в різних місцях різні. Зустрічаються газові хмари, в яких пил переважає. Для позначення розсіяною в Галактиці матерії газу, пилу і суміші газу і пилі- вживається загальний термін «дифузна матерія».
Форма Галактики дещо відрізняється від диска тим, що в центральній частині її є потовщення, ядро. Це ядро, хоча в ньому зосереджена велика кількість зірок, довгий час не вдавалося спостерігати, тому, що близько площині симетрії Галактики поряд зі світиться матерією зірок є величезні темні хмари пилу, які поглинають світло летять за ними зірок. Між Сонцем і центром Галактики розташована велика кількість таких темних пилових хмар різної форми і товщини, і вони закривають від нас ядро Галактики. Однак розглядати ядро Галактики все-таки вдалося.
У 1947 році американські астрономи Стеббинс і Уітфорд використовували спільно з телескопом фотоелемент, чутливий до інфрачервоних променів, і зуміли окреслити контури ядра Галактики. У 1951 році радянські астрономи В.І.Красовскій і В.Б.Ніконов отримали фотографії ядра Галактики в інфрачервоних променях. Ядро Галактики виявилося не дуже великим, його діаметр становив близько 1300пс. Але все-таки присутність ядра в центральній області Галактики потовщує цю область, форму Галактики тепер можна порівнювати не просто з диском, а з дископодібним колесом, що має в центральній частині потовщення - втулку.
Центр ядра Галактики - це центр всієї нашої зоряної системи. Матерія в центрі Галактики має високу температуру і знаходиться в стані бурхливого руху.
Усередині величезної зоряної системи - Галактики багато зірок об'єднані в системи меншій чисельності. Кожна з цих систем може розглядатися як колективний член Галактики.
Не утворюють чи систем і зірки?
