Расстояние — основной астрономический параметр. Без расстояния нет ни звёздной динамики, ни теории звёздной эволюции, ни космологии. Но измерить расстояние до объекта, не приближаясь к нему, очень затруднительно. Само собой разумеется, в самой задаче нет ничего сложного: рисуете линию известной длины (базу), позже измеряете параллактический угол между направлениями на объект с различных финишей линии – и всё, в этом треугольнике для вас больше нет тайн. Неприятность в том, что чем дальше объект, тем меньше угол, что вам предстоит измерить. Для объектов в отечественной Галактике он довольно часто измеряется в миллисекундах дуги.
Дабы сделать параллактический угол (либо для краткости параллакс) максимально громадным, необходимо применять максимально долгую базу. Дольше, чем диаметр земной орбиты, мы её сделать пока не в состоянии. Но и при таковой большой базе ближайшая к нам звезда при наблюдении с «различных финишей» земной орбиты смещается всего на полторы угловых секунды. Измерение кроме того для того чтобы угла — сложная задача, не говоря о более далёких звёздах. На сегодня параллаксы удалось измерить (да да и то с громадными неточностями) лишь для звёзд в пределах приблизительно ста парсеков от Солнца. Кстати, на всякий случай напомню, что само наименование «парсек» выводится из параллакса и свидетельствует «параллактическая секунда». Один парсек (приблизительно 3 • 1018 см) — это расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в одну секунду.
Сто парсеков — ничтожно малое расстояние в пределах Галактики, которого совсем не хватает, дабы обоснованно делать выводы о её структуре. Решить эту проблему призвана космическая обсерватория GAIA, которая (ура-ура!) в декабре 2013 года полетела и по сей день подготавливается к работе. Она (в случае если всё будет прекрасно) измерит параллаксы миллиарда звёзд на килопарсековых расстояниях. Но измерениям GAIA будет весьма сложно пробраться в глубины галактического диска. К тому же окончательных результатов работы GAIA ожидать ещё чуть ли не десять лет. Наконец, GAIA будет измерять расстояния лишь до звёзд, а в Галактике и кроме них большое количество занимательного.
С определением расстояний до этого «кроме», другими словами до объектов межзвёздной среды (МЗС), громадные неприятности. Такие же громадные, как сами эти объекты. Многие небесные «тела» занимают на небе изрядную площадь. К примеру, остаток сверхновой в Лебеде (Рыбачья Сеть, Вуаль, Петля Лебедя) имеет размер 3°, комплексы молекулярных туч в Тельце и Орионе охватывают не только эти, но и окрестные созвездия, а это уже десятки градусов.
Выяснить с микросекундной точностью направление на объект поперечником во многие градусы нереально. Исходя из этого расстояния до межзвёздных туч определяют косвенными способами – допуская ассоциацию облака с некоторым объектом, расстояние до которого известно, либо по кинематике. В последнем случае требуется прекрасно воображать себе структуру Галактики – как минимум кривую вращения, другими словами зависимость скорости вращения от галактоцентрического расстояния, и координаты и трёхмерную скорость Солнца. В случае если всё это известно, возможно приблизительно оценить, как движутся относительно друг друга Солнце и тот объект, расстояние до которого мы пробуем выяснить. Измерив относительную скорость (её легко выяснить по спектру объекта) и сравнив её с предсказанием, взятым из модели Галактики, возможно оценить искомое расстояние.
Точность этих оценок мала. Во-первых, параметры Галактики известны не отлично. Во-вторых, не редкость так, что одной и той же замечаемой объекта и относительной скорости Солнца соответствуют два вероятных расстояния (другими словами у соответствующего уравнения два решения), и выбирать из них верное приходится ещё из каких-то мыслей. Некомфортно, само собой разумеется, но, как говорится, на безрыбье коню в зубы не наблюдают.
Но возможно и в межзвёздной среде трудиться с параллаксами. Для этого необходимо переходить в радиодиапазон, потому, что объекты МЗС светятся по большей части в нём. Инструмент для точного измерения координат в радиодиапазоне имеется: это радиоинтерферометры, а также со сверхдлинными базами, снабжающие погрешность измерения углов в пара микросекунд дуги — лучше, чем у GAIA. Имеется и опорные фоновые точки, довольно которых возможно измерять параллактическое смещение: во Вселенной большое количество замечательных источников радиоизлучения, в большинстве случаев, квазаров, каковые достаточно далеки, дабы казаться мелкими и неподвижными. Осталось подобрать в отечественной Галактике компактные радиоисточники, до которых бы возможно было определять расстояние таким методом.
Такими делениями на галактической линейке стали мазеры, пара необыкновенные генераторы излучения в радиодиапазоне, в большинстве случаев сантиметровом. Источником мазерного излучения являются молекулы гидроксила, воды, метанола, оксида кремния и другие. Изюминкой мазеров есть весьма сильная зависимость их яркости от параметров среды (температуры, поля излучения, поля скоростей). Допустим, в какой-то точке эти условия имеется, а отойди легко в сторону, в том направлении, где, к примеру, чуть вторая температура, – и всё, мазера нет. Исходя из этого космические мазеры, кроме того рождающиеся в очень протяжённых объектах, имеют вид компактных пятен, отражающих незначительные неоднородности физических условий. Эти пятна не столь мелки, как звёзды, но также в полной мере подходят для правильного определения координат.
Выяснить параллаксы мазерных пятен тяжелее, чем параллаксы звёзд, по причине того, что радиоинтерферометрические наблюдения сложнее оптических. Исходя из этого GAIA за пара лет работы выяснит миллиард параллаксов, а у исследователей мазеров после десяти лет наблюдений в активе до тех пор пока только сотня объектов. Но «звёздные» параллаксы не заменяют «мазерные», а дополняют их. Во-первых, Галактика в сантиметровом диапазоне прозрачна, так что вы имеете возможность изучить каждые области в галактического диска, хоть на втором его краю. Во-вторых, многие мазеры рождаются в регионах образования массивных звёзд, а эти области сосредоточены в спиральных рукавах. Другими словами вы приобретаете не только маркеры молекулярных туч, но и маркеры спиральной структуры.
на данный момент действует два больших проекта по определению мазерных параллаксов —BeSSeL и VERA. В их рамках сейчас выяснены положения и личные перемещения более чем для много мазеров, удалённых от Солнца на расстояния от 700 пк до 11 кпк. Эти измерения не только разрешают выяснить размещение спиральных рукавов в Галактике. С их помощью возможно решить задачу, обратную той, что я обрисовал выше: по скоростям мазеров и известным координатам вычислить движение и положение Солнца. Последние результаты этих изучений опубликованы в работе Марка Райда с соавторами.
Распределение мазеров по спиральным рукавам. Рисунок из статьи Reid et al. (2014).
Нужно признать, что по спиральным рукавам ясности как не было, так и нет. Другими словами в их наличии сомнений не появляется, сохраняется и размещение. Со временем колеблются только оценки роли разных рукавов, другими словами изменяется познание того, какие конкретно из них направляться относить к главным, какие конкретно — к второстепенным, а какие конкретно должны принимать во внимание только ответвлениями от рукавов. Райд и сотрудники пишут, к примеру, что в рукаве Персея (тёмные точки на рисунке), что во всех моделях галактической структуры считается главным, просматривается отрезок длиной 6 кпк, в котором областей образования массивных звёзд (обычных обитателей спиральных рукавов) по большому счету нет. Но их довольно много в Местном рукаве (светло синий точки), что в английской литературе и рукавом-то сейчас не именуют.
Но авторы уверены, что по новым данным им удалось прекрасно выяснить параметры Солнца. Открываем тетради, добываем ручки, записываем. Итак, расстояние до центра Галактики – 8,34±0,16 кпк, орбитальная скорость на этом расстоянии – 240±8 км/с. Для Солнца на неспециализированное вращение около центра Галактики накладывается ещё дополнительное перемещение — со скоростью около 15 км/с в направлении вращения, около десяти километров/с по направлению к центру Галактики и около девяти километров/с «вверх». Записали? Ах, опоздали ещё… Тогда, понимаете что, отложите ручки и запишите карандашом. Наблюдения-то длятся.