Були потрібно ще багато десятиріч ретельних спостережень і глибоких роздумів, перш ніж перед астрономами розкрилася у всій повноті будова Галактики. Так стали називати зоряну систему, яку ми бачимо, – звичайно, зсередини – як смугу Чумацького Шляху. (Слово «галактика» утворено від новогрецького «галактикос», що значить «молочний».)
Виявилося, що Галактика має досить правильну будову і форму, не дивлячись на видиму клочковатість Чумацького Шляху, на безладність, з якою, як нам здається, розсіяні зірки по небу. Вона складається з диска, гало і корони. Як видно з схематичного малюнка, диск є як би двома складені краями тарілками. Він утворений зірками, які усередині цього об'єму рухаються по майже кругових орбітах навкруги центру Галактики.
Діаметр диска зміряний – він складає приблизно 100 тисяч світлових літ. Це означає, що світлу буде потрібно сто тисяч літ, щоб перетнути диск з кінця в кінець по діаметру. Ось скільки величезна Галактика ! А число зірок в диску – приблизно сто мільярдів.
В гало міститься порівнянне з цим число зір. (Слово «гало» означає «круглий».) Вони заповнюють злегка сплюснутий сферичний об'єм і рухаються не по кругових, а по сильно витягнутих орбітах. Площини цих орбіт проходять через центр Галактики. По різних напрямах вони розподілені довше або менш рівномірно.
Диск і оточуюче його гало занурені в корону. Якщо радіуси диска і гало порівнянні між собою по величині, то радіус корони в п'ять, а може бути, і вдесятеро більше. Чому «може бути»? Так тому що вона невидима – з неї не виходить ніякого світла. Як же дізналися тоді про неї астрономи?
Всі тіла в природі створюють тяжіння і випробовують його дію. Про це говорить Закон всесвітнього тяжіння, відкритий Ньютоном. Ось і про корону взнали не по світлу, а по створюваному нею тяжінню. Воно діє на видимі зірки, на випромінюючі світло хмари газу. Спостерігаючи за рухом цих тіл, астрономи і помітили: на них окрім диска і гало діє щось ще.
Детальне вивчення цього «щось» і дозволило врешті-решт знайти корону, яка створює додаткове тяжіння. Вона виявилася дуже масивною – у декілька разів більше маси всіх зірок, що входять в диск і гало.
Такі відомості, отримані радянським астрономом Я. Ейнасто і його співробітниками в Тартуськой обсерваторії.
Звичайно, вивчати невидиму корону дуже важко. Через це і не дуже точні поки оцінки її розмірів і маси. Але її головна загадка в іншому: ми не знаємо, з чого вона полягає. Ми не знаємо, чи є в ній зірки, хай навіть і якісь незвичайні, зовсім не випромінюючі світло.
Зараз багато хто припускає, що її маса складається зовсім не із зірок, а з найдрібніших елементарних частинок – нейтрино. Ці частинки відомі фізикам вже давно, але і самі по собі вони теж в значній мірі залишаються загадковими. Невідомо про них, можна сказати, найголовніше: чи є у них маса спокою, тобто така маса, якої частинка володіє в стані, коли вона не рухається, а стоїть на місці. Більшість елементарних частинок таку масу має.
Це, наприклад, електрон, протон, нейтрон, з яких складаються всі атоми. А ось у фотона, кванта світла, її ні. Фотони існують лише в русі. Нейтрино могли б служити матеріалом для корони, але лише в тому випадку, якщо у них є маса спокою.
Легко уявити собі, з яким нетерпінням чекають астрономи звісток з фізичних лабораторій, де ставляться зараз спеціальні експерименти, щоб з'ясувати, чи є у нейтрино маса спокою чи ні. Можливо, саме фізики і вирішать загадку невидимої корони.
До початку нашого століття межі розвіданого Всесвіту розсувалися настільки, що включили Галактику. Багато хто, якщо не все, думали тоді, що ця величезна зоряна система і є весь Всесвіт в цілому.
Але в 20-е роки були побудовані нові крупні телескопи, і перед астрономами відкрилися абсолютно несподівані горизонти. Виявилося, що за межами Галактики мир не кінчається. Мільярди зоряних систем, галактик, схожих на нашу і відмінних від неї, розсіяні тут і там по просторах Всесвіту.
Фотографії галактик, зроблені за допомогою найбільших телескопів, вражають красою і різноманітністю форм: це і могутні вихори зоряних хмар, і правильні кулі, а інші зоряні системи взагалі не знаходять ніяких певних форм.
Всі ці типи галактик – спіральні, еліптичні, неправильні, – назви, що отримали, по своєму вигляду на фотографіях, відкриті американським астрономом Е. Хабблом в 20-30-е роки нашого століття.
Якби ми могли побачити нашу Галактику здалеку, то вона з'явилася б перед нами зовсім не такій, як на схематичному малюнку, по якому ми знайомилися з її будовою. Ми не побачили б ні диска, ні гало, ні, природно, корони, яка і взагалі-то невидима. З великих відстаней би були видні лише найяскравіші зірки. А всі вони, як з'ясувалося, зібрані в широкі смуги, які дугами виходять з центральної області Галактики. Найяскравіші зірки утворюють її спіральний узор. Тільки цей узор і б був помітний здалеку. Наша Галактика на знімку, зробленому астрономом з якогось зоряного світу, виглядала б дуже схожою на туманність Андромеди.
Дослідження останніх роки показали, що багато крупних спіральних галактик володіють – як і наша Галактика – протяжними і масивними невидимими коронами. Це дуже важливо: адже якщо так, то, значить, і взагалі мало не вся маса Всесвіту (або, в усякому разі, основна її частина) – це загадкова, невидима, але тяжіюча «прихована маса».
Багато хто, а може бути, і майже всі галактики зібрані в різні колективи, які називають групами, скупченнями і надскупченнями, дивлячись по тому, скільки їх там. До групи може входити всього три або чотири галактики, а в надскупчення – до тисячі або навіть декілька десятків тисяч. Наша Галактика, туманність Андромеди і ще більше тисячі таких же об'єктів входять в так зване місцеве надскупчення. Воно не має чітко обкресленої форми.
Приблизно так само влаштовані і інші надскупчення, які лежать далеко від нас, але досить виразно помітні в сучасні крупні телескопи.
До недавнього часу астрономи вважали, що ці об'єкти – найкрупніші утворення у Всесвіті і що які-небудь ще більші системи відсутні. Але з'ясувалося, що це не так.Кілька років тому астрономи склали дивну карту Всесвіту. На ній кожна галактика представлена всього лише крапкою. На перший погляд вони розсіяні на карті хаотично. Якщо ж придивитися уважно, то можна знайти групи, скупчення і надскупчення, які виглядають тут ланцюжками крапок. Але що примітніше всього, карта дозволяє знайти, що деякі такі ланцюжки з'єднуються і перетинаються, утворюючи якийсь сітчастий або комірчастий узор, що нагадує мережива або, можливо, бджолині стільники з розмірами осередків в 100-300 мільйонів світлових літ.
Чи покривають такі «сітки» весь Всесвіт, ще належить з'ясувати. Але декілька окремих осередків, обкреслених надскупченнями, вдалося детально вивчити. Усередині них галактик майже немає, всі вони зібрані в «стінки».
Осередок – ця попередня, робоча назва для найкрупнішої освіти у Всесвіті. Більш крупних систем в природі немає. Це показує карта Всесвіту. Астрономія досягла нарешті завершення однією з найграндіозніших своїх задач: вся послідовність, або, як ще говорять, ієрархія, астрономічних систем тепер цілком відома. Та все ж...
Більше всього на світі – сам Всесвіт, що охоплює і включає всі планети, зірки, галактики, скупчення, надскупчення і осередки. Дальність дії сучасних телескопів досягає декількох мільярдів світлових років.
Планети, зірки, галактики вражають нас дивною різноманітністю своїх властивостей, складністю будови. А як влаштований весь Всесвіт в цілому?
Його головна властивість – однорідність. Про це можна сказати і точніше. Уявимо собі, що ми в думках виділили у Всесвіті дуже великий кубічний об'єм, з ребром в 500 мільйонів світлових літ. Підрахуємо, скільки в ньому галактик. Зробимо такі ж підрахунки для інших, але таких же гігантських об'ємів, розташованих в різних частинах Всесвіту. Якщо все це виконати і порівняти результати, то виявиться, що в кожному з них, де б їх ні брати, міститься однакове число галактик. Те ж саме буде і при підрахунку скупчень або навіть осередків.
Всесвіт предстає перед нами усюди однаковий – «суцільний» і однорідний. Простішого устрою і не придумати. Потрібно сказати, що про це люди вже давно підозрювали. Указуючи з міркувань максимальної простоти пристрою на загальну однорідність світу, чудовий мислитель Паскаль (1623-1662 рр.) говорив, що мир – це круг, центр якого скрізь, а коло ніде. Так за допомогою наочного геометричного образу він затверджував однорідність світу.
В однорідному світі всі «місця» рівноправні і будь-яке з них може претендувати на те, що воно – центр світу. А якщо так, то, значить, ніякого центру світу зовсім не існує.
У Всесвіту є і ще одна найважливіша властивість, але про нього ніколи навіть і не здогадувалися. Всесвіт знаходитися в русі – він розширяється. Відстань між скупченнями і надскупченнями постійно зростає. Вони як би розбігаються один від одного. А мережа комірчастої структури розтягується.
У всі часи люди вважали за краще рахувати Всесвіт вічної і незмінної. Ця точка зору панувала аж до 20-х років нашого століття. У той час вважалося, що вона обмежена розмірами нашої Галактики. Шляхи можуть народжуватися і вмирати, Галактика все одно залишається все тієї ж, як незмінним залишається ліс, в якому покоління за поколінням зміняються дерева.
Справжній переворот в науці про Всесвіт призвели в 1922 – 1924 роках роботи ленінградського математика і фізика А. Фрідмана. Спираючись на тільки що створену тоді А. Ейнштейном загальну теорію відносності, він математично довів, що мир – це не щось застигле і незмінне. Як єдине ціле він живе своїм динамічним життям, змінюється в часі, розширяючись або стискаючись по строго певних законах.