خورشید و دویست بیلیون ستاره دیگر، به اضافه مقدار زیادی ماده میان ستاره ای، به اضافه تعداد زیادی سحابی، ساختار عظیمی را میسازند که به کهکشان ما (راه شیری) موسوم است.
مطالعه توزیع ستاره ها در کهکشان ما نشان داده است که این مجموعه عظیم به قرص کم و بیش پهن شده ای شباهت دارد. درحقیقت آن را اغلب اوقات به یک سنگ آسیاب عظیم یا یک عدسی دو سو کوژ تشبیه می کنند.
کهکشان ما، اگر از بالا نگاه شود دایره ای شکل به نظر می رسد و ستاره ها در آن الگویی مارپیچی را پدید می آورند. و اگر از کنار آن را ببینیم نازک بودن آن آشکار می شود.
قطر آن تقریبا 100000 سال نوری است وحداکثر ضخامت آن در حدود 10000تا 15000 سال نوری بر آورد شده است.
خورشید با منظومه سیاراتش جایگاه با اهمیتی را در آن اشغال کرده است.
منظومه شمسی به فاصله تقریبی 3000سال نوری از مرکز و خیلی نزدیک به صفحه استوای کهکشان قرار گرفته است.
مطالعه کهکشان ما به کمک شمارش ستاره ها:
شکل و ابعاد کهکشان ما، بدوا از مطالعه تعداد ستاره ها به دست آمد. تحقیقات منجم هلندی یاکوبوس کاپتین از نخستین گام هایی بود که در این راه برداشته شد روش او از 4 مرحله تشکیل می شد.
- تعیین تعداد نسبی ستارگان از هر قدر مطلق، در حول و حوش خورشید.
- قبول اینکه همین اعداد نسبی یعنی همین ترکیب، در فضای دور از خورشید هم درست است.
- محاسبه این که در هر امتداد چند ستاره از هر گروه باید وجود داشته باشد تا عده و قدرهای واقعی ستاره های آن زاویه خاص توضیح داده شود و از این راه فاصله تا لبه کهکشان در آن امتداد معلوم گردد.
- انجام همین محاسبه در همه امتداد ها تا شکل تقریبی راه شیری به دست آید.
بررسی های جدید تصحیحی را در محاسبات کاپتین به خاطر اثر ماده میان ستاره ای وارد می کند و شکل کهکشان به صورت یک عدسی دو سو کوژ به قطر 100000سال نوری، به دست میابد.
مطالعه کهکشان ما به کمک خوشه های کروی:
روشی دیگر برآورد اندازه راه شیری، روش مبتنی بر خوشه های ستاره ای کروی است. از نامش مشخص است انبوهی از ستارگان است که به شکلی کره ای گرد هم آمده اند.
یکی از زیبا ترین خوشه های کروی، که به دشواری با چشم برهنه دیده می شود M13 در صورت فلکی جاثی است. مطالعات تلسکوپی نشان می دهد که این خوشه کروی احتمالا از بیش از 500000 ستاره تشکیل شده است که 50000 آن را تک تک می توان شمرد. مابقی را فقط میتوان تخمین زد زیرا آنقدر به یکدیگر نزدیک هستند که شمردن آنها امکان پذیر نیست.
دوران کهکشان ما
شکل راه شیری حاکی از آن است که دوران می کند، در واقع امکان ندارد که راه شیری بتواند بدون دوران به صورت یک قرص مسطح باقی بماند.محور دوران، عمود بر صفحه استوای کهکشان است.
این حرکت کلی کهکشان، بر حرکات انفرادی ستاره های آن افزوده می شود، و از این لحاظ به دوران زمین بر گرد محورش شباهت دارد، در حالی که انواع گوناگون حرکت بر سطح آن صورت می پذیرد. ولی تفاوت بزرگی میان این دو دوران موجود است.
کهکشان به صورت یک جسم صلب دوران نمی کند. ستاره ها به دور مرکز آن ، کم و بیش چون سیارات بر گرد خورشید دوران می کنند، ستاره هایی که نزدیک به مرکز اند با سرعت های مداری زیاد و ستاره هایی که دور از مرکز اند با سرعت کم حرکت می کنند.
سرعت مداری خورشید 260 کیلومتر بر ثانیه است. چنین به نظر می رسد که ستاره های نزدیک به مرکز کهکشان، خورشید را پشت سر می گذارند. ستاره هایی که به کناره کهکشان نزدیک تر اند سرعت های کمتری دارند. ستاره های اخیر، نسبت به خورشید، در جهت عکس حرکت می کنند.
البته دوره تناوب این حرکت های انتقالی به فاصله ستاره از مرکز بستگی خواهد داشت. 224000000 سال طول می کشد تا خورشید یک دور کامل را بپیماید.
مطالعه کهکشان ما به کمک تلسکوپ رادیویی:
مطالعه امواج رادیویی 21 سانتیمتری، که از ئیدروژن میان ستاره ای گسیل می شود، بر دانش ما نسبت به ساختار کهکشان به میزان زیادی افزوده است.
مطالعه توزیع ئیدروژن در راه شیری، اندازه و شکل آن را، به صورتی که از روش های پیشین به دست امد، تایید می کند. تحقیقاتی که با استفاده از امواج 21 سانتیمتری انجام شده حاکی از آن است که بخش عمده این ئیدروژن محدو به لایه نسبتا نازکی به قطر 1000سال نوری است که ظاهرا در بعضی نواحی، خاصه در بازوهای مار پیچی، متمرکز است.
ساختار کهکشان ما:
در یک تصویر کلی، کهکشان ما از 3 قسمت تشکیل شده است:
- صفحه کهکشان
- هاله کهکشان
- هسته کهکشان.
1 صفحه کهکشان:
صفحه یا قرص کهکشان ناحیه ای است به قطر 100000 سال نوری و ضخامت متوسط 2000 سال نوری.
خورشید، بازو های مارپیچی، خوشه های کروی باز، گاز و غبار کهکشانی و ناحیه HII (ئیدروژن یک بار یونیده) و ستاره های پر نور و جوان که فراوانی عناصر سنگین در آنها نسبتا زیاد است، همه در قرص جای دارند.
وجود ستاره های جوان در قرص ، معلول وجود گاز و غبار در این ناحیه است. ویژگی هندسی صفحه کهکشان، ساختار مارپیچی آن است که در میانه قرن بیستم، به کمک مطالعات نجومی رادیویی کشف شد.
2 هاله کهکشان:
ناحیه ای است که عمدتا به وسیله خوشه های کروی اشغال شده است. این ناحیه کم وبیش شکلی کروی دارد و قطر آن در حدود یکصد هزار سال نوری است.
در هاله علاوه بر خوشه های کروی، توزیع پراکنده ای از ستاره های منفرد هم وجود دارد. هاله فاقد ناحیه های HII است. ستاره های هاله همگی ستاره های پیر، از رده سنی 5 تا 15 بیلیون سال و با فراوانی ناچیز عناصر سنگین اند.
3 هسته کهکشان:
برآمدگی مرکزی کهکشان است که قطری در حدود 10000 سال نوری دارد. غبار میان ستاره ای موجود در قرص کهکشان، رؤیت هسته کهکشان را در طول موجه های مرئی ناممکن ساخته است.
از این رو مطالعه هسته به روش های رادیویی و تابش X و گاما انجام می گیرد. وجود این تابش ها حکایت از وقوع رویداد های قهر آمیز در مرکز کهکشان می کند.
ماده تاریک در هاله کهکشان:
بخش اعظم ماده هاله کهکشان ما (و کهکشان های دیگر) نامرئی است. این ماده پنهان به صورت ستاره نیست. به صورت گاز هم نیست زیرا ازطریق امواج رادیویی آشکار می شد.
غبار هم نمی تواند باشد چون نور کهکشانهای دوردست را از لابه لای هاله آن می توان دید. منجمان وجود این ماده پنهان را (که ماده تاریک نام گرفته است) از مدت ها پیش حدس می زدند اما گمان نمی کردند که اینقدر زیاد باشد.
سرعت دوران ستاره های بیرونی در کهکشان ما و کهکشانهای دیگر حکایت از وجود این ماده پنهان می کرد.
آهنگ دوران ستاره ها به دور مرکز یک کهکشان بستگی به توزیع ماده در آن دارد. اما حرکت مشهود ستاره های بیرونی تند تر از آن است که جرم کل اجرام مرئی و متعارف کهکشانها جواب گوی آن باشد.
اندازه گیری های متعدد سرعت ستاره ها دال بر آن است که در کهکشان ما (راه شیری) نه دهم ماده، ماده تاریک است. مسئله ماده تاریک صرفا گریبان گیر کهکشان ما نیست بلکه مسئله حل نشده همه کهکشان ها و در واقع مسئله کل عالم است.
کهکشان های دیگر:
راه شیری در عالم افلاک، تنها نیست. در عالم احتمالا بیش از 100 بیلیون کهکشان وجود دارد. نام های گوناگونی هم برای آنها نهاده شده است. زمانی آن ها را جهان _جزیره نامیدند. (که منظور این است جهان سراسر، آکنده از جزیره هایی شبیه راه شیری است.) سحابی برون _کهکشانی نام دیگر آنها بود (هر چند که آنها خود کهکشان هایی متشکل از ستاره های بسیاری اند و سحابی نیستند.)
برخی از کهکشان ها نسبتا به ما نزدیک اند و برخی بسیار دورند.
ابر بزرگ ماژلان:
کهکشانی که از همه به ما نزدیکتر است، ابر بزرگ ماژلان است که فاصله آن کمتر از 150000سال نوری است و با چشم برهنه در صورت فلکی ماهی طلایی نزدیک به قطب جنوب سماوی دیده می شود.
به لحاظ شکل یک بیضوی نا منتظم است. ابعاد آن به چشم در حدود 12 در 4 است در واقع طول قطر بزرگ آن 30000 سال نوری است.
حاوی اجرام جالب توجه زیادی است. باید تاکید کرد که ابر بزرگ ماژلان، نزدیکترین سحابی برون کهکشانی به ما نه یک ابر است و نه یک سحابی بلکه یک کهکشان است. این ابر بزرگ ماژلان با سرعتی بیش از 250 کیلومتر در ثانیه از ما دور می شود.
ابر کوچک ماژلان:
فاصله تخمینی ابر کوچک ماژلان 180000 سال نوری است که آن را اندکی دور تر از ابر بزرگ ماژلان قرار میدهد. و قطر آن فقط نصف قطر ابر بزرگ ماژلان است.
گروه محلی کهکشان ها:
چنین به نظر می رسد که راه شیری یکی از اعضاء مجموعه ای از کهکشان های موسوم به محلی است. راه شیری در یک سر این مجموعه است و M31، کهکشان صورت امرأة المسلسله در سر دیگر. در این گروه 23 کهکشان وجود دارد که درخشندگی کمی دارند و تنها به دلیل نزدیکی آن هاست که دیده می شوند.
کهکشان های دور دست:
23 کهکشانی که گروه محلی را تشکیل می دهند جز کسر ناچیزی همه جهان _جزیره هایی که شمارشان بیش از 10 هزار میلیون برآورد می شود نیستند.
کهکشان ها به طرز تصادفی در فضا توزیع نشده اند، بلکه دسته دسته گروه هایی را تشکیل می دهند که از چند ده تا هزاران کهکشان را شامل می شوند. نزدیک ترین مجموعه کهکشانی، مجموعه سنبله است که بیش 2000 کهکشان دارد و فاصله اش از ما 75 میلیون سال نوری است.