Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма

Одну из галактик – Млечный Путь – легко наблюдать невооруженным глазом. Для этого достаточно выйти в поле в темную безлунную ночь, когда небо не затянуто облаками, и посмотреть на него. Если вы сможете найти место без фонарей и других источников света. Иммануил Кант рекомендовал этот несложный опыт, но в его время фонарей было гораздо меньше. Вы увидите на небе полосу, в которой группируются звезды. Это галактика, в которой мы живем, – Млечный Путь. Хорошо заметно, что толщина полоски сравнительно невелика. Труднее разобраться в строении нашей Галактики – как говорится, за деревьями не видно леса.

Гораздо яснее видно, как устроены галактики – звездные острова в безбрежной Вселенной, если смотреть на них издалека. Большое видится на расстоянии.

Оказывается, галактики очень разнообразны. Чтобы не растекаться мыслью по древу, мы будем говорить о спиральных галактиках. Они представляют собой тонкие диски, на которых видны более яркие спирали. Понятно, почему они тонкие: они вращаются вокруг своего центра. Что-то вроде знакомых нам по Солнечной системе колец Сатурна, про которые слышали практически все, а некоторые даже написали романы (например, современный немецкий писатель Зебальд – рекомендую![3]).

Конечно, звезды – самое заметное, что есть в галактиках, но в их состав входит и много другого: межзвездный газ, пыль (в галактических масштабах плохо с влажной уборкой!) и магнитное поле. Здесь я пересказываю замечательный советский учебник астрономии для средней школы – к счастью, эта наука снова есть в нашей школьной программе[4]. Мне почему-то кажется, что она полезнее москвоведения, которое ученики могут изучить в повседневной жизни. Не могу не назвать и автора учебника – это Б. А. Воронцов-Вельяминов. Когда он написал свой учебник, про магнитные поля галактик люди практически ничего не знали, появились лишь самые первые догадки, но Борис Александрович обладал феноменальным чувством нового и интересного.

Диски галактик удерживаются как единое целое взаимным тяготением составляющих их частей. Поэтому их границы выделены не очень четко. Толщина диска звезд меньше, чем толщина диска газа, и т. д. Надеюсь, читатель извинит нас за то, что мы не вдаемся в детали, а специалист знает, что на самом деле все гораздо сложнее. Но ориентировочно можно сказать, что радиус диска раз в 50 или даже в 100 больше его полутолщины (удобнее отсчитывать координату поперек диска от его середины).

Диски галактик окружает менее организованная и плотная среда. В астрономии она называется гало галактик. В нем тоже есть магнитное поле, но обо всем не расскажешь.

К сожалению, мы не можем рассмотреть со всех сторон каждую галактику. Уж очень они большие и расположены далеко от нас. Приходится сопоставлять данные по разным галактикам. Оказывается, что для наблюдателя очень важно, видит ли он галактический диск с ребра или, как говорят фотографы, анфас. Последнее слово пришло к нам из французского языка, а про галактики принято говорить по-английски: edge on и face on. Немного обидно, что Даниил Заточник или протопоп Аввакум не разработали оригинальную терминологию в этом вопросе, но представление о галактиках сформировалось только в XX в., и для этого американские астрономы сделали очень много. Не стоит употреблять и уже давно заимствованное слово анфас. Мало кто скажет, что человек на портрете изображен анфас, если его нос повернут под углом в 70° к зрителю, а галактика, расположенная под таким углом, воспринимается скорее как face on: диск настолько тонкий, что мы можем рассмотреть его строение вдоль радиуса.

Так вот, магнитное поле галактики в основном лежит в плоскости диска. Магнитные линии представляют собой довольно туго закрученные спирали (угол, под которым они закручены, – градусов 20). Это магнитное поле почти симметрично относительно центра галактики (оно называется осесимметричным).

Когда астроном смотрит на edge on галактики, то хорошо видит, что у магнитного поля есть и компонента, перпендикулярная к галактическому диску, но она раз в 50 меньше той, которая лежит в диске.

Галактики прозрачные, и это очень хорошо. Но, как проницательно заметил один мой аспирант, главные достоинства любой научной работы одновременно являются и ее центральными недостатками: мы смотрим поперек галактического диска и видим то, что расположено с обеих его сторон от плоскости симметрии. Поэтому непросто разобраться, как устроено магнитное поле по отношению к центральной плоскости – ее называют галактическим экватором. Есть все основания думать, что магнитное поле сильнее всего в экваториальной плоскости и симметрично относительно нее, но удовлетворяющего всех доказательства этого факта пока нет. Обидно, но наши знания о магнитном поле Солнца или Земли имеют еще больше пробелов.