Текст книги "Экология"

Живое вещество по массе составляет 0,01—0,02 % от косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах.

Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет 232,5 млрд т сухого органического вещества. За то же время на планете фотосинтезируется 115·10⁹т сухого органического вещества и 123· 10⁹ т кислорода. Для этого требуется, чтобы 170·10⁹т диоксида углерода прореагировало с 68·10⁹ т воды. В процесс вовлекаются 6·10⁹ т азота, 2·10⁹ т фосфора, а также такие элементы, как калий, кальций, сера, железо.

Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно осуществляет гигантскую геохимическую работу, преобразовывая другие оболочки Земли в геологическом масштабе времени.

Все химические элементы живой материи циркулируют в биосфере по характерным путям, переходя из внешней среды в организмы, а затем возвращаясь во внешнюю среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называют биогеохимическими циклами (или круговоротами), причем «био» относится к живым организмам, а «гео» – к горным породам, воздуху и воде. Термин «биогеохимия» предложен академиком В. И. Вернадским.

В каждом цикле различают две части или два фонда:

• резервный фонд – большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;

• подвижный, или обменный, фонд – меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Для биосферы в целом все биогеохимические круговороты делят на круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земле.

На рис. 7.25 показана схема биогеохимического цикла в сочетании с упрощенной схемой однонаправленного потока энергии, приводящего круговорот вещества в движение. В природе, в отличие от данной схемы, элементы никогда не бывают распределены по экосистеме равномерно и не находятся всюду в одной и той же химической форме. Резервный фонд (часть круговорота, физически или химически отделенная от организмов) обозначен как фонд элементов питания, а обменный фонд изображен в виде заштрихованного кольца, идущего от автотрофов к гетеротрофам и затем возвращающегося к автотрофам.

Наличие больших резервных фондов (в виде атмосферы или океана) в круговоротах углерода, кислорода и азота способствует быстрой саморегуляции соответствующих биогеохимических циклов при различных местных нарушениях. Так, избыток СО₂, образовавшийся из-за интенсивного горения, достаточно быстро рассеивается в атмосфере и, кроме того, усиленное образование диоксида углерода компенсируется увеличением его потребления растениями или превращением в карбонаты в море. Поэтому считается, что круговороты веществ, включающие в себя большие атмосферные фонды, в глобальном масштабе хорошо зарезервированы или, по выражению Ю. Одума, «хорошо забуферены», так как их способность приспосабливаться к изменениям велика. В результате саморегуляции по принципу обратной связи подобные биогеохимические циклы достаточно совершенны. Тем не менее саморегуляция даже при таком громадном резервном фонде, каким является атмосфера, имеет свои пределы.

Рис. 7.25. Схема биогеохимического круговорота (заштрихованное кольцо), совмещенная со схемой однонаправленного потока энергии (по Ю. Одуму): P_g – валовая продукция; P_n – чистая первичная продукция, которая может быть потреблена гетеротрофами в данной экосистеме либо экспортирована, например, для нужд человека; R – дыхание; P – вторичная продукция

Осадочным циклам характерно, что основная масса вещества сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде – в земной коре. Поэтому круговорот таких элементов, как фосфор или железо, значительно менее самоконтролируем и достаточно легко нарушается даже при небольших местных помехах.

Антропогенное вмешательство в биосферные процессы порой так ускоряет движение многих веществ, что их круговороты становятся значительно менее совершенными или процесс теряет цикличность. Складываются различные противоестественные ситуации, например, в одних местах возникает недостаток каких-либо веществ, а в других – их избыток. В частности, добыча и переработка фосфатных пород ведется столь несовершенно, что вблизи шахт, карьеров и заводов создается сильное локальное загрязнение. Кроме того, в сельском хозяйстве используется все больше и больше фосфорных удобрений, а неизбежное попадание фосфатов в водоемы, за которым следует их эвтрофикация (см. разд. 6.4.2.5), никак не контролируется.

При оценке влияния деятельности человека на биогеохимические циклы важное значение имеют сравнительные объемы резервных фондов. Изменениям подвергаются в первую очередь самые малообъемные фонды.

Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете должны быть направлены на то, чтобы превратить нециклические процессы в циклические. В связи с этим основной целью должно быть возвращение веществ в к р у г о в о р о т, обеспечивающее их повторное использование.

7.4. Эволюция[78]78
  Термин «эволюция» (от лат. evolutio – развертывание) широко применяется в науке. Говорят об эволюции атомов, галактик, Земли, машин, общества, методов познания и многого другого, подразумевая последовательность изменения исходного состояния во времени, приводящее к возникновению чего-то нового.


[Закрыть] – история жизни

Существует множество разнообразных теорий происхождения Вселенной, Земли и жизни на ней. Их достоверность постоянно подвергается сомнению, они все время проверяются, совершенствуются, уточняются в соответствии с «сегодняшними» взглядами и последними достижениями науки.

Среди воззрений возникновения Вселенной во второй половине XX в. были наиболее распространены гипотезы:

• стационарного состояния – Вселенная существовала извечно;

• большого взрыва (с последующим расширением, продолжающимся и ныне);

• родилась в одной из черных дыр;

• создана Творцом.

До сих пор наука не опровергла идею божественного сотворения Вселенной, а теология (от греч. theos – бог и logos – учение) не отрицает возможность того, что современные черты жизни приобретены ей в процессе развития на основании законов природы. На почтовой марке, выпущенной в США в честь астронавтов, первыми ступившими на Луну, сделана надпись: «В основе всего Бог». Вера в Божественное начало мира не мешает американским ученым быть в группе лидеров мировой науки. На практике наука и религия не всегда взаимоисключают друг друга, о чем свидетельствует значительное число ученых, придерживающихся религиозных убеждений.

Тем не менее и в начале третьего тысячелетия основы этих теорий остаются умозрительными, так как не удается в сколь-нибудь наглядном виде воспроизвести события, происходившие при возникновении жизни. Это относится как к научным, так и к теологическим (религиозным) построениям. Однако одна из теорий – это теория эволюции, она все больше и больше характеризуется как совокупность ряда научных гипотез, каждая из которых поддается проверке.

Вселенной принято называть весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, доступная исследованиям астрономическими методами, соответствующими современным достижениям науки, называется Метагалактикой. Она состоит из нескольких десятков миллиардов галактик – гигантских звездных систем, содержащих сотни миллиардов звезд.

Галактика, к которой принадлежит Солнце, называется Млечный Путь. Она содержит:

• не менее 100 млрд звезд с общей массой около 10¹¹ масс Солнца;

• межзвездное вещество – газ и пыль, масса которых составляет около 5 % массы всех звезд;

• космические лучи, магнитные поля, излучения (фотоны).

Центр (ядро) нашей Галактики находится от Земли в направлении созвездия Стрельца.

Пространство между галактиками представляет собой газ, который состоит из атомов, молекул, частиц пыли массы межзвездного вещества) и пронизывается быстрыми потоками элементарных частиц – космическими лучами и электромагнитным излучением преимущественно рентгеновского диапазона частот. Концентрация этого газа мала – в среднем около 100 атомов водорода на литр, но общая масса его во Вселенной огромна и сопоставима с суммарной массой всех галактик.

Крупномасштабная структура Вселенной в соответствии с современными представлениями такова. Области повышенной концентрации галактик и галактических систем чередуются в пространстве с обширными областями относительной пустоты, имеющими размеры в сотни миллионов световых лет. Звездное небо долгое время было для человека символом незыблемости и вечности. В Новое время люди узнали, что «неподвижные» звезды движутся, причем с огромными скоростями. В XX в. человечество осознало еще более странный факт – расстояния между звездными системами (галактиками), не связанными друг с другом силами тяготения, постоянно увеличиваются. При этом вся Вселенная постоянно расширяется.

Идея о расширении Вселенной из сверхплотного состояния была выдвинута в 1927 г. бельгийским астрономом Ж. Леметром (1894–1966), а предположение о том, что первоначально вещество было очень горячим, высказано в 1946 г. русским ученым Г. А. Гамовым (1904–1968), с 1934 г. жившим и работавшим в США.

Картина расширяющегося мира была предсказана теоретически еще до того, как была обнаружена наблюдениями. В 1922 г. российский ученый А. А. Фридман (1888–1925) показал, что большинство решений уравнений А. Эйнштейна для мира в целом – нестационарны, зависят от времени, что наиболее естественное следствие уравнений тяготения есть расширение либо сжатие Вселенной. Позже был установлен факт постоянного расширения.

В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл (1889–1953) наблюдениями доказал, что скорости движения удаленных галактик направлены от нас. Более того, чем дальше расположена галактика, тем быстрее она убегает.

Закон Э. Хаббла гласит:

Скорости галактик пропорциональны расстояниям до них.

Самые далекие из обнаруженных галактик удаляются со скоростью, близкой к скорости света.

К концу XX в. сформировалась и развилась научная теория возникновения Вселенной, объединившая научные достижения, полученные при разработке ряда гипотез, в том числе большого взрыва, стационарного состояния и рождения в черной дыре. Она разработана космологами[79]79
  Космология – наука, занимающаяся проблемой происхождения Вселенной.


[Закрыть] на основе последних достижений физики и признана современным научным миром, включая Российскую академию наук (РАН). В этой сфере знаний никакие измышления не приемлемы, все космологические теории проверяются точнейшими астрономическими наблюдениями, а не подтвердившиеся экспериментом – отвергаются.

В соответствии с выводами, сделанными на основании исследований математических моделей, описывающих основные свойства Вселенной и подтвержденных наблюдениями, картина ее образования и эволюции на ранней стадии представляется следующей.[80]80
  Картина ранней Вселенной излагается в соответствии с опубликованным текстом доклада, сделанного одним из ведущих отечественных космологов чл. – корр. РАН И. Д. Новиковым на заседании Президиума РАН в 2001 г.


[Закрыть]

Вначале весь мир был «сжат в точку» размером 10^-32 мм (на 20 порядков меньше размера атомного ядра) и с плотностью 10⁹³ г/см³; при этом полная масса материи составляла всего 10^-5—10^-6 г. В середине 60-х годов XX в. Э. Глиннер предположил, что это было так называемое вакуумное состояние материи, для которого характерно огромное отрицательное давление. По абсолютной величине оно равно плотности энергии, т. е. произведению плотности материи на квадрат скорости света, но со знаком «минус». Модель отрицательного давления – это натяжение, существующее, например, в растянутой резине.

Материя вместо притяжения, традиционного для нормальных условий, находясь в вакуумном состоянии, создает гравитационное отталкивание подобно тому, как между одноименными электрическими зарядами возникает электростатическое отталкивание. Это гравитационное отталкивание, по современным общепризнанным представлениям, и послужило причиной чрезвычайно мощного «первотолчка», ранее приписывавшегося «большому взрыву».

Через 10^-43 с после рождения Вселенной (рис. 7.26) вследствие «первотолчка» материя получила начальные скорости и Вселенная начала расширяться с постоянным ускорением, так как сила гравитационного отталкивания продолжала действовать. Экспоненциально быстрое расширение современными космологами названо инфляцией, а соответствующий интервал времени – инфляционной стадией развития Вселенной.

Объем Вселенной увеличивался, а плотность фактически не менялась, она уменьшалась чрезвычайно медленно. В результате масса материи во Вселенной возрастала, причем с новой массой рождалось новое тяготение этой массы. Рождающаяся отрицательная энергия гравитации компенсировала положительную энергию материи, и в сумме закон сохранения энергии соблюдался.

Вакуумная материя (инфлантон) неустойчива, через ничтожно малый промежуток времени (10^-36с) она распалась квантовым образом и превратилась в горячую плазму – обычную материю. Таков был квантовый процесс рождения нашей горячей Вселенной. Через минуту с начала расширения температура горячей материи упала до 1 млрд K, начался синтез легких химических элементов.

Рис. 7.26. Основные этапы истории горячей Вселенной с учетом периода инфляции (по И. Д. Новикову)

Первичный нуклеосинтез продолжался около 3 мин. За это время элементарные частицы уже достаточно долго удерживались друг около друга, что привело к синтезу ядра водорода, дейтерия, гелия, лития и бериллия. После взаимных превращений остались ядра водорода (около 80 % масс), гелия (до 20 % масс) и остальные элементы в ничтожно малом количестве – около 0,01 % всего вещества. Тяжелые химические элементы во Вселенной появились существенно позже в звездах.

На ранней стадии расширения Вселенной ее характер полностью определялся излучением, так как плотность энергии излучения тогда была больше плотности энергии обычных частиц вещества. Начальный этап принято называть радиационной стадией эволюции Вселенной. Температура вещества и излучения на этой стадии были одинаковы. Однако в определенный момент (примерно через 300 тыс. лет после начала образования Вселенной и при температуре 3–4 тыс. K) все радикально изменилось. Радиационная стадия сменилась стадией вещества. Этот переход принято называть рекомбинацией.

После эпохи нуклеосинтеза образование Вселенной замедлилось, и до момента рекомбинации происходило спокойное расширение, при котором вещество Вселенной остыло до нескольких тысяч градусов Кельвина. По законам атомной физики при снижении температуры до таких значений начинается объединение (рекомбинация) электронов, бывших ранее свободными частицами, с протонами и ядрами гелия. На стадии развития Вселенной из элементарных частиц и ядер началось образование атомов стабильных газов, преимущественно водорода и гелия.

С момента рекомбинации вещество начало эволюционировать самостоятельно, независимо от излучения. Сразу после рекомбинации оно было рассеяно во Вселенной практически равномерно. Не было ни звезд, ни галактик, ни иных космических объектов. Причиной дальнейших процессов объединения вещества явилась сила гравитации. Даже самые, казалось бы, незначительные различия в плотности вызывали различное притяжение. Вследствие этого более плотные образования постепенно становились еще более плотными, а области относительно пониженной плотности – все более разреженными. Таким образом, изначально почти однородная среда с течением времени разделилась на отдельные «облака», из которых через сотни миллионов лет после начала расширения сформировались первые звезды и галактики.[81]81
  Достоверно установлено, что самые старые звезды различных галактик имеют практически одинаковый возраст – около 15 млрд лет.


[Закрыть]

Квантовый процесс рождения нашей Вселенной привел к разогреву вещества до очень больших температур. При расширении эта температура падала, а с ней изменялось и излучение, равномерно заполнившее всю Вселенную. Первичный свет (слабое электромагнитное излучение), называемое «реликтовым излучением», существует и сегодня. Не видимое глазу, оно приходит со всех сторон и регистрируется современными телескопами. Это явление было открыто[82]82
  В 1978 г. за это открытие была присуждена Нобелевская премия.


[Закрыть] в 1965 г., тогда же установлено, что температура космического пространства в наше время равна 3 K.

В рамках существующих математических моделей допустимо говорить о «возрасте» или «времени жизни» нашей Вселенной как о времени, прошедшем с момента существования бесконечно большой плотности.

Естественный вопрос о том, что же было в эпоху «самого начала», т. е. до инфляции Вселенной, пока не имеет ни теоретически, ни экспериментально подтвержденного ответа, однако существуют предварительные заключения. В самый начальный период эволюции промежуток времени менее 10^-43 с и размеры Вселенной менее 10^-32 мм соответственно не могли быть непрерывным временем и непрерывным пространством. Пространство и время распадались на отдельные кванты, и все это, по выражению И. Д. Новикова, находилось в состоянии «кипения вакуума» при чрезвычайно большой его плотности – 10⁹³ г/см³. В этом состоянии пространство (его размерность и топология) менялись самым причудливым образом – квантовым.

Вследствие квантовых флуктуации (от лат. fluctuatio – колебание, случайное отклонение величины от ее среднего значения) в различные моменты времени «кипящий вакуум» случайным образом превращается в отдельные пузыри раздувающихся вселенных, каждая из которых подобна нашей Вселенной, однако, возможно, с иными физическими свойствами и иным развитием. Затем возможен коллапс отдельных пузырей, и они снова переходят в квантовое кипение. И даже без коллапса за громадные промежутки времени отдельные вселенные рано или поздно перейдут в квантовое состояние.

Эта картина не имеет ни границ, ни пределов. Имеет место вечное кипение, вечное рождение новых вселенных и вечное их умирание. Следовательно,

наша Вселенная вечна, она – один из «пузырьков» в Сверхвселенной, конца эволюции Вселенной нет.

Такую картину мироздания дает нам современная космология, радикально меняющая существовавшую философскую концепцию. Из нее, в частности, следует, что наша Вселенная не одна, вселенных много. При этом у человечества появляется возможность исследовать их не только умозрительно, но и экспериментально. С этой целью планируется серия уникальных научных экспериментов, в том числе:

• эксперимент «Космологический ген», с использованием отечественного радиотелескопа РАТАН-600 с зеркалом диаметром 600 м, остающегося самым крупным в мире рефлекторным телескопом;

• эксперимент «Планк», предполагающий использование отечественного спутника, запуск которого планируется на 2007 г. После него должна быть точно установлена топология нашей Вселенной;

• научные исследования, призванные экспериментально подтвердить рекомбинацию Вселенной;

• эксперименты НАСА, основанные на применении высотных баллонов, летающих в Антарктике и Арктике, где дуют широтные ветры.

К сожалению, выйти за границы нашего «пузыря», нашей Вселенной для исследования других вселенных не косвенно (расчетным путем), а непосредственно (экспериментально) даже в будущем невозможно. Дело в том, что границы каждого «пузыря» расширяются со скоростью, большей скорости света, т. е. границы нашей Вселенной удаляются быстрее любого сигнала, который человек может послать к ним.

Современное знание о строении и эволюции Вселенной находится на этапе бурного роста, новых идей и важнейших открытий. Окончательных выводов наука еще не сделала, многое впереди.

Выбрасывание газа в пространство с поверхности звезд, особенно горячих и вспыхивающих как новые, происходило постоянно и происходит в наше время. Этот газ при благоприятных условиях может сгущаться в пылинки или подвергаться дальнейшим превращениям. Существуют облака пыли и газа, возникшие давным-давно и только что. В 1945–1947 гг. на основе исследований советскими учеными сделан вывод о том, что звезды имеют разный возраст, следовательно, они могут возникать и в наше время. Ближайшие к Земле области звездообразования – это темные облака в созвездиях Тельца и Змееносца. Несколько дальше расположен огромный комплекс облаков в Орионе.

Диапазон масс новорожденных звезд составляет от нескольких сотых долей до 100 масс Солнца, причем маленькие звезды рождаются чаще крупных. В нашей Галактике в среднем ежегодно рождается примерно десяток звезд различного размера с общей массой около пяти масс Солнца.

Установлено, что нормальная плотность газа в межзвездном пространстве Галактики составляет примерно один атом водорода в 10 см³, тогда как в подобных газопылевых облаках плотность достигает 10 000 атомов на тот же объем.[83]83
  При нормальных условиях в атмосфере Земли в 10 см³ содержится 2,7-10²⁰ атомов.


[Закрыть]

Межзвездные облака обычно медленно вращаются и находятся в состоянии, близком к равновесию. Если же облако становится достаточно большим и плотным, то оно неустойчиво: преобладающей силой в нем становится тяготение, и облако начинает сжиматься. Теоретически показано, что сжатие под действием собственной массы начинается при массе облака, в 10–20 тыс. раз превышающей массу Солнца и плотности вещества облака более 20 атомов/см³.

Самопроизвольное гравитационное сжатие облака – гравитационный коллапс[84]84
  Не путать с медицинским значением термина «коллапс», приведенным в разд. 1.3.1.


[Закрыть] – приводит к образованию сгущения, включающего до 99 % всей массы первичного облака и имеющего плотность вещества звезд. Одновременно растет температура, тепловое движение атомов ускоряется, при столкновении атомов появляется тенденция к их слиянию. Начинаются термоядерные реакции, в результате которых водород превращается в гелий и выделяется огромное количество теплоты.

По современным понятиям эволюция звезд протекает в два этапа. Сначала из дозвездного вещества, состоящего по массе на 3/4 из водорода и на 1/4 из гелия, образуются звезды первого поколения. Это массивные звезды с быстрым течением протонных реакций. После того как в центре звезды резко снижается содержание водорода, она сжимается, давление и температура в ней резко возрастают и начинает «гореть» гелий – возникает критический момент в истории звезды.

Если масса звезды была достаточно большой, то реакции синтеза тяжелых ядер из ядер легких элементов происходят взрывообразно, т. е. вещество разогревается до температур в сотни миллионов градусов, при которых протекают энергетически невыгодные реакции синтеза тяжелых элементов, а сама звезда взрывается и вещество рассеивается во Вселенной.

После взрыва звезды первого поколения вещество, обогащенное малыми примесями практически всех химических элементов, может снова под действием гравитационного притяжения собраться в звезды. Это и есть з в е з д ы в т о р о г о п о к о л е н и я. К ним относится и наше Солнце.

Взрыв звезды первого поколения, выбросившей вещество, из которого образовалась наша Солнечная система, произошел около 5 млрд лет назад. Большинство звезд нашей Галактики, как и Солнце, – звезды второго поколения. Однако во Вселенной имеются и водородногелиевые звезды, не успевшие еще в своем развитии дойти до взрыва; взрыв звезды – событие редкое.

Значительно чаще наблюдаются вспышки звезд. Так, иногда какая-нибудь малозаметная звезда внезапно, за недели, увеличивает свою светимость в миллионы раз и становится очень яркой, после чего она медленно, за месяцы, возвращается к более или менее первоначальному состоянию. Такую звезду принято называть новой, а само явление – вспышкой новой.

Реже наблюдаются еще более грандиозные явления, называемые вспышками сверхновых звезд. В нашей Галактике последние замеченные вспышки сверхновых звезд были зарегистрированы астрономами в 1054, 1572 и 1604 гг. (в указанные годы до Земли дошел свет от тех грандиозных событий). После взрыва сверхновой звезды светимость также быстро падает, но и она уже теряет прежний облик. На месте вспыхнувшей звезды остается быстро вращающаяся нейтронная звезда, пульсар, а остальное вещество с большой скоростью разлетается от него.

Нейтронные звезды с диаметром всего около 10 км по своей массе близки к Солнцу, которое имеет диаметр 1400 тыс. км. Их гравитационное поле столь велико, что вдавливает электроны всех атомов в их ядра и протоны ядер превращаются в нейтроны. Однако считается, что нашему светилу такая перспектива не грозит.

Солнце в общей структуре Вселенной принадлежит к галактике «Млечный Путь» – громадному скоплению звезд, видимому на небе как светлая туманная полоса. Наша Галактика имеет конечные размеры. Диаметр галактического диска составляет около 100 000 световых лет, толщина – 1000 световых лет. Внешне она напоминает чечевичное зерно с утолщением посередине. Из-за того что Солнечная система находится практически в плоскости Млечного Пути, заполненного материей, поглощающей излучения, очень многие детали строения Галактики скрыты от земного наблюдателя.

Внешняя часть Галактики вращается очень медленно, а внутренний галактический диск – быстро, причем скорость его вращения не одинакова на разных расстояниях от центра. Она изменяется от нуля до 200–240 км/с. Масса диска – 150 млрд масс Солнца. В среднем химический состав звезд и газа в диске почти такой же, как у Солнца. Основной химический элемент в Галактике – водород. Другой, наиболее распространенный элемент, – это гелий, составляющий около одной четверти нашей Галактики.

Одна из самых интересных областей Млечного Пути – ядро, для которого характерна очень высокая концентрация звезд. Расстояние между ними в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта – черной дыры массой около миллиона масс Солнца. Также там находится яркий радиоисточник «Стрелец А».

Наиболее заметными образованиями в диске нашей Галактики являются спиральные ветви (или рукава), из-за наличия которых она относится к «спиральным» галактикам (рис. 7.27). Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звезды, многие звездные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжается образование новых звезд. В спиральных ветвях находится больше всего переменных и вспыхивающих звезд, где чаще всего наблюдаются взрывы сверхновых. В ветвях продолжается бурная «жизнь», связанная с переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Галактическое магнитное поле также сосредоточено преимущественно в рукавах.

Рис. 7.27. Спиральная структура Галактики «Млечный Путь»: 1 – главный рукав; 2 – внутренний рукав; 3 – промежуточный рукав; 4 – внешний рукав; – оптические наблюдения; – радионаблюдения; кпк – килопарсек (1 пк = 3,26 световых лет = 3,086-10¹⁶ м)

С одной стороны, в окрестностях Солнца удается проследить участки двух спиральных ветвей, каждая из которых удалена от нашей планеты примерно одинаково – на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где обнаружены эти участки, их называют рукавами Стрельца и Персея.

С другой стороны, Солнце расположено на расстоянии 23–28 тыс. световых лет от ядра Галактики, т. е. посередине между центром и краем диска. Вместе со всеми близкими звездами Солнце вращается вокруг ее центра со скоростью 200–220 км/с, совершая один оборот примерно за 200 млн лет, т. е. за время своего существования она обернулась вокруг центра Млечного Пути не более 30 раз.

По существующим закономерностям вращения спиральных ветвей с постоянной угловой скоростью (аналогично спицам колеса), а также движения звезд в Галактике почти все звезды то попадают внутрь рукавов, то выходят из них. Редкое исключение из этого правила представляют лишь звезды, находящиеся на коротационной окружности, представляющей относительно наиболее спокойное место Галактики. Именно там и расположено Солнце. Для Земли последнее обстоятельство исключительно важно, ибо в рукавах происходят бурные процессы, порождающие мощное губительное для всего живого излучение, защитить от которого не смогла бы никакая атмосфера.

Длительное время положение Солнца среди звезд считалось самым заурядным, и только теперь стало ясно, насколько оно «привилегированное». Миллиарды лет Земля не испытывала катастрофического воздействия наиболее мощных космических катаклизмов, случавшихся за это время, что непременно следует учитывать при рассмотрении возможности существования жизни в иных частях нашей Галактики и Вселенной в целом.