במשך אלפי שנים, אנשים מכל רחבי העולם עקבו אחרי פס אור מעורפל בשמי הלילה הקרוי שביל החלב. רק כאשר גלילאו היפנה טלסקופ לעבר השמים, התברר כי זוהר שביל החלב הוא אורם של אלפי כוכבים, שקשה לראות כל אחד מהם בנפרד. במשך כמה מאות שנים אחרי גלילאו, מיפו האסטרונומים את הכוכבים משביל החלב, מתוך אמונה שהם עוקבים אחר מבנה היקום כולו. כשהפנו את הטלסקופים בראשית הדרך לעבר השביל האור הזה, הם גילו אוסף של מאות מיליארדי כוכבים העטופים בענני גז ואבק ענקיים.
באדיבות NASA
המין האנושי האמין במשך מאות שנים כי שביל החלב שלנו הוא היקום כולו. בתחילת המאה העשרים הראה אדווין האבל שרבים מן הערפיליות בשמי הלילה הן למעשה גלקסיות אחרות , שמרחבי חלל גדולים מפרידים בינן לבינינו. כעת אנו מתיחסים אל שביל החלב כאל כגוף אסטרונומי אחד מבין גלקסיות רבות הנמצאות ביקום; שביל החלב אינו ייחודי. עם זאת, המחקר שלנו על שביל החלב הוא חשוב ומסייע לנו להבין את המבנה של גלקסיות אחרות, בדיוק כמו שמחקר שמש המסייע לנו בהבנת כוכבים אחרים. ניתן להסתייע במאפיינים של מערכת הכוכבים שלנו כדי לקדם את הבנה לגבי המאפיינים של גלקסיות אחרות. גילוי הגלקסיות אחרות מעבר לגלקסיית הבית שלנו הוא המשך למהפכה הקופרניקאית – הרעיון שמיקומו של שביל החלב איננו מקום מיוחד ביקום (מושג המכונה לעתים קרובות עקרון הממוצעות – Mediocrity Principle). רעיון זה מציב אתגר לאסטרונומים להראות כי אותם חוקים פיזיים השולטים בשביל החלב שולטים גם בגלקסיות האחרות.
לקבוצות כוכבים שונות בשביל החלב ישנם מאפיינים מסוימים. אסטרונומים מתייחסים אליהם כאל מרכיבי היסוד של הגלקסיה. השמש נמצאת בדיסקת הגלקסה – מליוני כוכבים המפוזרים במישור מעגלי שטוח, המופיע כפס של אור בשמי הלילה, והוא שהעניק לשביל החלב את שמו. רבים מהכוכבים בדיסקה הם צעירים וכחולים והתכנסו לקבוצות (למשל, אזורי יצירת כוכבים וצבירים פתוחים). הדיסקה מוקפת באוסף של כוכבים וקבוצות של כוכבים הנקראים ההילה של הגלקסיה. כוכבי ההילה הם בדרך כלל כוכבים עתיקים ואדומים, והקבוצות באזור זה נקראות צבירים כדוריים. בכיוון מרכז הגלקסיה גדל ריכוזם של כוכבים עתיקים ואדומים שנקרא הבליטה הגלקטית. ניתן ללמוד על הצורה והגודל של גלקסיית שביל החלב באמצעות מדידה של המרחקים לכוכבים ולקבוצות של כוכבים ועל ידי התפלגות מיקומם בשמים. היכולת שלנו לחקור את הגלקסיה משתנה באופן דרמטי במרכיבי ספקטרום האור האלקטרומגנטי, אור בעל אורכי גל גדולים מצליח לעבור ללא קושי את המרכז הצפוף של הגלקסיה.
הנוף המוכר ביותר של שביל החלב הוא זה שניתן לראותו בעין בלתי מצוידת כאשר נמצאים הרחק מאורות העיר. ניתן ליצור צילום פנורמי יפה של שביל החלב מתוך אוסף תמונות שצולמו עם מצלמה 35 מ"מ רגילה המאפשרת חשיפה לאורך זמן. לצערנו, רוב האנשים חיים בפרברים או באזורים עירוניים ואינם מכירים את הנוף המיוחד הזה. בתצלומים ניכר הבדל בריכוז הכוכבים סמוך למרכז הגלקטי. בכיוון זה שביל החלב מתרחב במקום שבו הגרעין הגלקטי שלנו מוסיף כדור אור לתמהיל הדיסק. הצילומים מראים חלוקה לא אחידה של כוכבים וענני אבק המסמנים את מישור שביל החלב. האבק מעמעם ומאדים את האור של כוכבי הגלקסיה בכל הכיוונים. במבט ישיר אל הדיסק, ניתן לראות את כל הכוכבים דרך כל גז בין כוכבי ואבק. ניתן גם לראות בבירור מעבר לדיסק גלקסיות אחרות הנמצאות הרבה מעבר לגלקסיה שלנו. עם זאת, עמעום האור חמור במיוחד בכיוון דיסקת הגלקסיה, כי זהו המקום עם ריכוז גבוה של גז ואבק הקשורים בהתפתחותם של כוכבים צעירים.
באדיבות pixabay
ההשפעות של אבק עלולות להיות חמורות; במשך מאות שנים חוסר ההבנה של השפעות האבק הובילה אסטרונומים לעשות טעות יסודית בנוגע מקומנו בחלל. האם היית נוהג כמו אסטרונומים המוקדמים, לשרטט את מספר הכוכבים בכל רמה על פני השמים על פני כיפת השמים הצפונית והדרומית, ייתכן שתחשוב שאנו חיים במרכז הדיסק המוקף כוכבים. הסיבה לכך היא כי הדיסק הוא כל כך עבה ומכיל גז ואבק שאנחנו יכולים לראות דרכו רק מרחק קטנה בכל כיוון נתון. בדיוק כמו אדם בתוך ערפל היכול לראות את קצה היד שלו אבל אינו יודע האם הוא נמצא 2 מטרים או 2 ק"מ מקצה הערפל. אנחנו בשביל החלב יכולים לראות את הכוכבים הקרובים ביותר, אבל איננו יכול להגיד באמצעות העיניים שלנו עד כמה אנחנו רחוקים מקצה הדיסק. נדרשה חשיבה יצירתית מאוד וטלסקופים גדולים כדי להשתכנע שאנחנו לא נמצאים סמוך למרכז הגלקסיה. על ידי מיפוי מיקומם של הצבירים הכדוריים המפוזרים בצורה מעגלית סביב הגלקסיה שלנו, הצליחו האסטרונומים (במיוחד עם הארלו שאפלי ועמיתיו) לבנות תמונה מדויקת יותר ויותר של מיקומינו האמיתי בגלקסיית שביל החלב.
הגלקסיה אטומה למדי לאחר מרחק של 500 פארסק בכיוון המישור הדיסק. במרחק של 500 פארסק, העומק אופטי τ = 1, המציין כי שבר של 1/2.718, או כשליש מהאור מגיע אלינו. לכן אנחנו לא יכולים לראות הרבה יותר מאשר למרחק 500 פארסק. ניתן להשתמש בקרינה של גלי אינפרא אדום מושפעת פחות מאבק, ולכן ניתן לראות באמצעותה עמוק יותר אל תוככי שביל החלב . תצפית בתחום אינפרא אדום במקום אור הנראה מאפשרת חקירה דרך האבק הגלקתי. בעוד שאורכי גל קצרים, כמו אור אולטרה סגול והאור נראה נבלעים בקלות בענני אבק וגז, הרי קרינה באורכי גל ארוכים יותר, כמו אינפרא אדום, קרינת מיקרו ורדיו, חוצה את כל ענני האבק הצפופים והעמוקים ביותר. לאור בתחום הנראה אורך גל אופייני של כ- 500 ננומטר. אם אנו מגדילים את אורך הגל פי ארבע כלומר 2000 ננומטר (או 2 מיקרומטר), אנו יכולים לראות פי עשר רחוק יותר. במילים אחרות, עומק אופטי אינו בעל לערך אחיד, כלומר מרחק של 5000 פארסק. בשנים האחרונות הצליחו אסטרונומים המשתמשים באורכי גל ארוכים שכאלה למפות את הדיסקה של הגלקסיה שלנו וקבעו את פרטי המבנה שלה.
באדיבות NASA
טלסקופי רדיו יכול לקלוט קרינה ממרכז הגלקסיה. אסטרונומים רואים את הגז האטומי הקר עם טלסקופי רדיו באמצעות קו 21 ס"מ של מימן ניטרלי. באמצעותם התגלה פס דק אחיד בכל הכיוונים של גז קריר הקשור לכוכבי הדיסקה ; נוף זה אינו מוסתר על ידי אבק. אורך גל של 21 ס"מ הוא ארוך מספיק כדי לעבור כל הדרך עד למרכז הגלקטי. הדיסקה הדקה נראת בבירור, אבל יש גם מבנים מורכבים של לולאות וחוטים הקיימים במישור הגלקטי. מבנים אלה מתארים גז מופרז של שרידי סופרנובה. החוטים נמתכים לאורך אלפי פארסקים במישור הגלקטי – סופרנובות יכולות להשפיע על החומר לאורך אלפי שנות אור!
קרינה בתחום אינפרא אדום הרחוק חושפת עקבות של אבק קריר מעורבב עם הגז וכוכבים היוצרים את מישור הגלקסיה. כמו כן נראים חלקיקי אבק בין כוכביים במערכת השמש. מעל ומתחת למישור הדיסקה מופיעים אזורים בהם נוצרים כוכבים. בתחום הקרוב של קרינת אינפרא אדום מופיעים עקבות כוכבים בבליטה המרכזית. גלי אינפרא-אדומים בתחום הקרוב אינם מצלחים לחדור את כל הדרך למרכז הגלקטי. הבליטה המרכזית דמויית בוטן נחציית ע"י רצועות אבק.
אסטרונומים משתמשים בתמונות שנעשו באורך גל בתחום הרדיו כדי לאמוד את גודלה של הגלקסיה. הם מסיקים שאנחנו חיים במערכת ענקית של כוכבים. שרדיוסה 30,000 פארסק (או 30 קילו-פארסק ) או 30,000 × 3.26 = 100,000 שנות אור, או 100,000 × 1012× 9 ≅ 1018 ק"מ. גודל של מיליארד מיליארד קילומטרים – גודל שקשה מאוד לתפוש!
צילום תמונות של שביל החלב נעשה באורכי גל שונים, הן חושפות מבנים שמקורם בגז, אבק וכוכבים. ההילה דלילה מאוד ואינה מופיעה בשום תמונה. כמו כן, צבירים כוכבים כדוריים קטנים מכדי שניתן יהיה לראותם בבירור בזווית רחבה, וכוכבי הילה יחידים חלשים מדי ומפוזרים מדי. תצפיות מודרניות עם שנעשו כחלק מסקר השמים הדיגיטלי של סלואן (Sloan Digital Sky Survey) הוסיפו פרטים להבנת צורתה של גלקסית שביל החלב. כיום, אנו יודעים שלגלקסיה שלנו מכילה פס מרכזי, ושתי זרועות עיקריות המתפתלות בצורה ספירלית.
Author: Chris Impey