Одним из самых примечательных объектов звездного неба является Млечный Путь. Древние греки называли его galaxias, т.е. молочный круг. Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь - это скопление очень далеких и слабых звезд.

 
Южная часть Млечного Пути.

В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3 x 10³ световых лет ~ 3 x 10¹⁹ м). Солнце вместе с окружающими его звездами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с большой буквы.

 
Млечный Путь в различных длинах волн: Атомарный водород

 
Млечный Путь в различных длинах волн: Угарный газ

 
Млечный Путь в различных длинах волн: Радиодиапазон

 
Млечный Путь в различных длинах волн: ИК - диапазон

 
Млечный Путь в различных длинах волн: Гамма - диапазон

Расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное для изучения этой системы как целого: мы находимся вблизи плоскости звездного диска, и с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвездного вещества, поглощающего свет и делающего звездный диск почти непрозрачным для видимого света в некоторых направлениях, особенно в направлении ее ядра. Поэтому исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики.

Галактика представляет собой сложную звездную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые находятся между собой в определенной взаимосвязи. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов (2 x 10¹¹) масс Солнца, но только два миллиарда звезд (2 x 10⁹) доступно наблюдениям.

 
Галактика Млечный Путь (Galaxy Milky Way)

Распределение звезд в Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звезд в галактической плоскости, и во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 16 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звезд наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа.

 
Спиральная галактика NGC1365: примерно так выглядит наша Галактика сверху.

 
Спиральная галактика NGC891: примерно так выглядит наша Галактика сбоку.

Размеры Галактики:

• диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет),
• толщина - около 1000 световых лет.

Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики - на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет). Центр Галактики находится в созвездии Стрельца.

 
В направлении центра Галактики.

Галактика состоит из диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры. В кольцевой области галактического диска (3-7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды; там находится наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного излучения. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи.

Галактика содержит две основных подсистемы (два компонента), вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом. Первая называется сферической - гало, ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж. Вторая подсистема - это массивный звездный диск. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце.

Звезды галактического диска были названы населением I типа, звезды гало - населением II типа. К диску, плоской составляющей Галактики, относятся звезды ранних спектральных классов О и В, звезды рассеянных скоплений, темные пылевые туманности. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики: звезды шаровых скоплений, звезды типа RR Лиры. Звезды плоской составляющей по сравнению со звездами сферической составляющей отличаются большим содержанием тяжелых элементов. Возраст населения сферической составляющей превышает 12 миллиардов лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики.

Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В межзвездной среде открыты огромные холодные области (молекулярные облака) с температурой 5-50 К и очень горячий газ с температурой 106 К -корональный газ. По температуре и плотности межзвездные облака делят на четыре разных типа.

 
Круговорот газа и пыли в Галактике.

В Галактике (особенно, в плоской составляющей) имеется также большое количество межзвездной пыли. Средний радиус пылинок составляет доли микрометра. В настоящее время считают, что пылинки состоят из смеси графитовых и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Суммарная масса пыли всего 0,03 % полной массы Галактики, ее полная светимость составляет 30% от светимости звезд и полностью определяет излучение Галактики в инфракрасном диапазоне. Температура пыли 15-25 К.

Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Угловая скорость вращения зависит от расстояния от центра и убывает по мере удаления от центра.

Солнце движется со скоростью около 220 км/с вокруг центра Галактики и делает полный оборот вокруг центра за 220 миллионов лет. За время своего существования Солнце облетело Галактику примерно 30 раз.

Звезды гало быстро движутся по всевозможным направлениям, так что среднее различие между скоростями пространственно близких звезд - дисперсия скоростей - составляет для них сотни километров в секунду.

Звезды диска - это значительно более "холодная" система (дисперсия скоростей обычно 20-50 км/с), зато с более быстрым вращением. Однако самая низкая динамическая температура у совокупности газовых облаков в диске галактики и у молодых звезд, которые из этих облаков образуются и поэтому сохраняют те же особенности движения. Их дисперсия скоростей в большинстве наблюдаемых галактик близка к 10 км/с, что в 15-30 раз меньше, чем скорость вращения вокруг центра.

По одной из гипотез светящуюся материю нашей Галактики окружает неизлучающее вещество, названное темным гало.

Анализ вращения показал, что Галактике помимо гало, балджа и диска, вместе с находящимся в них наблюдаемым газом, есть большие массы несветящегося вещества, названного скрытой массой или темным гало. Масса Галактики с учетом скрытой массы оценивается примерно в 10¹² масс Солнца. По одной из гипотез часть скрытой массы может заключаться в коричневых карликах, в телах, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, в плотных и холодных молекулярных облачках, которые имеют низкую температуру, малый размер и недоступны для обычных наблюдений. Скрытая масса может также находиться в давно проэволюционировавших и "погасших" звездах.

По другой гипотезе пустое пространство (вакуум) обладает такими свойствами, что вносит свой вклад в полную плотность материи. Также предполагают, что нейтрино имеют ненулевую массу покоя и заполняют периферию Галактики.

Скрытая масса существует не только в нашей Галактике. Так, в середине восьмидесятых годов было установлено, что Местная группа галактик движется со скоростью более 600 км/с в сторону большого сверхскопления галактик. Эта скорость слишком велика, чтобы ее можно было объяснить гравитационным действием наблюдаемых галактик. Она свидетельствует о присутствии скрытой массы между галактиками. Другое доказательство скрытой массы - эффект гравитационного линзирования.

 
Эффект гравитационной линзы.

Природа сама придумала для астрофизиков гигантский всеволновой космический телескоп, основанный на эффекте гравитационного линзирования. Это явление, основанное на общей теории относительности, было теоретически предсказано в тридцатые годы ХХ века.

Если на пути света от далекого источника (скажем, квазара) до нас есть какой-либо массивный объект (например, галактика), то лучи света в ее поле тяготения будут искривляться, и галактика выступит в роли гравитационной линзы. Результат, в частности, может заключаться в появлении кратного (двойного, тройного и т.д.) изображения одного и того же квазара.