Galaxia (Mliečna cesta)

Vzhľad zo Zeme

Všetky hviezdy, ktoré je oko schopné rozlíšiť na nočnej oblohe, sú súčasťou Galaxie Mliečna cesta. Zriedkavé výnimky tvoria len príležitostné supernovy v blízkych galaxiách, ako SN 1987 A vo Veľkom Magellanovom mračne. Okrem týchto relatívne blízkych hviezd sa Galaxia javí ako matné zoskupenie svetiel klenúce sa okolo celej nebeskej sféry. Toto svetlo pochádza z hviezd a ďalšieho materiálu nachádzajúceho sa vo vnútri galaktickej roviny. Tmavé oblasti vo vnútri tejto skupiny, ako napríklad Veľká trhlina a hmlovina Uhoľné vrece, sa zhodujú s oblasťami, kde je svetlo zo vzdialených hviezd blokované tmavými hmlovinami. Galaxia má relatívne nízku povrchovú jasnosť vďaka medzihviezdnej hmote, ktorá vypĺňa galaktický disk, pričom ten nám bráni v pozorovaní jadra Galaxie. Preto je problematické pozorovanie Mliečnej cesty z mestských a predmestských pozícií zasiahnutých svetelným znečistením.
Jadro Galaxie leží v smere súhvezdia Strelec, a v tomto mieste je Mliečna cesta najjasnejšia. Od súhvezdia Strelca sa Mliečna cesta javí, že prechádza západne k súhvezdiam Škorpión, Oltár, Pravítko, Južný trojuholník, Kružidlo, Kentaur, Mucha, Južný kríž, Kýl, Plachty, Korma, Veľký pes, Jednorožec, Orión a Blíženci, Býk, Povozník, Perzeus, Androméda, Kasiopeja, Cefeus a Jašterica, Labuť, Líška, Šíp, Orol, Hadonos, Štít a naspäť ku súhvezdiu Strelec. Skutočnosť, že Galaxia rozdeľuje nočnú oblohu na dve, približne rovnaké pologule naznačuje, že slnečná sústava leží v blízkosti galaktickej roviny.
Galaktická rovina má inklináciu približne 60° k ekliptike (rovina obežnej dráhy Zeme). Je to vysoká inklinácia tak voči rovine zemského rovníka, ako aj voči rovine ekliptiky. Relatívne k nebeskému rovníku, prechádza na sever až k súhvezdiu Kasiopeja a na juh až k súhvezdiu Južný kríž. Severný galaktický pól sa nachádza na rektascenzii 12h 49m, deklinácii +27,4° (B1950) v blízkosti Beta Comae Berenices, a južný galaktický pól sa nachádza v blízkosti Alfa Sculptoris.

Veľkosť

Galaktický disk Mliečnej cesty má v priemere približne 100 000 svetelných rokov (9×10¹⁷ km alebo 6×10¹⁷ mi) a predpokladaná priemerná hrúbka je 1 000 ly, (9×10¹⁵ km). Odhadované množstvo hviezd je 200 miliárd a možno až 400 miliárd. Skutočné číslo závisí od počtu veľmi malých hviezd, ktorý je ťažké odhadnúť a môže byť až porovnateľné s jedným biliónom (10¹²) hviezd v susednej galaxii Androméda. Galaktický disk nemá ostré okraje. Neexistuje jasná hranica, za ktorou už nie sú žiadne hviezdy (nie je pevne stanovený polomer), množstvo hviezd rovnomerne ubúda so zväčšujúcou sa vzdialenosťou od centra galaxie. Za polomerom približne 40 000 ly (4×10¹⁷ km) začína množstvo hviezd ubúdať rýchlejšie.
Za galaktickým diskom sa nachádza oveľa menší disk z plynu. Nedávne pozorovania naznačujú, že plynový disk Mliečnej cesty má dĺžku okolo 12 000 ly (1×10¹⁷ km) – dvojnásobok predchádzajúcej predpokladanej hodnoty. Na lepšiu predstavu fyzickej veľkosti Galaxie Mliečna cesta: ak by sme jej veľkosť zredukovali na 10 m, tak veľkosť slnečnej sústavy vrátane Oortovho mraku by nepresahovala 0,1 mm.
Galaktické halo sa rozširuje smerom von z galaxie, ale jeho veľkosť je obmedzená obežnými dráhami dvoch satelitov Mliečnej cesty, Veľkým a Malým Magellanovým mrakom, ktorých apsida je vo vzdialenosti približne 180 000 svetelných rokov (2×10¹⁸ km). V tejto alebo väčšej vzdialenosti by obežné dráhy väčšiny objektov galaktického hala boli rušené Magellanovými mrakmi a pravdepodobne by boli vyvrhnuté z dosahu Galaxie.

Zloženie a štruktúra

Galaxia sa skladá z oblasti jadra s priečkou obklopeného diskom plynu, prachu a hviezd formujúcich jednotlivé špirálové štruktúry ramien vychádzajúcich zo stredu smerom von v tvare logaritmickej špirály. 
Tvar galaktického disku nie je v reze plochý ale na koncoch je ohnutý. Je to spôsobené slabšou gravitáciou ďalej od stredu galaxie.
Rozdelenie hmoty vo vnútri Mliečnej cesty pripomína triedu Sbc v Hubblovej schéme, čo je špirálová galaxia s relatívne nevýraznými poškodenými ramenami. Astronómovia si už od začiatku mysleli, že Mliečna cesta je skôr špirálová galaxia s priečkou ako len obyčajná špirálová galaxia. Ich názor bol potvrdený vďaka pozorovaniam Spitzerovho vesmírneho ďalekohľadu v roku 2005, keď sa ukázalo, že centrálna priečka Galaxie je ešte väčšia ako sa pôvodne predpokladalo.
Odhady celkovej hmotnosti Galaxie sa líšia v závislosti od metódy a použitých informácií. Nedávne odhady predpokladajú hmotnosť 5,8×10¹¹ hmotností Slnka (M☉), čo je trocha menej ako hmotnosť galaxie Androméda. Iné merania, pomocou Very Long Baseline Array (VLBA) objavili rýchlosti vyššie ako 254 km/s u hviezd na okraji Galaxie, vyššie ako predchádzajúce akceptované hodnoty 220 km/s. Nakoľko obežná rýchlosť je úzko spojená s hmotnosťou, je pravdepodobné že Mliečna cesta je masívnejšia, s hmotnosťou rovnajúcou sa približne hmotnosti galaxie Andromédy, čo je 7×10¹¹ hmotností Slnka (M☉) vo vnútri 50 kiloparsekov od jej centra. Nedávne merania radiálnej rýchlosti hviezd galaktického hala zistili hmotnosť vo vnútri 80 kiloparsekov na 7×10¹¹ hmotností Slnka. Väčšinu hmoty v Mliečnej ceste predstavuje tmavá hmota, ktorá vytvára tmavé galaktické halo. Halo sa rozširuje relatívne rovnomerne do vzdialenosti za 100 kiloparsekov od jadra Galaxie. Celková hmotnosť celej Mliečnej cesty sa odhaduje na 600 – 1000 miliárd hmotností Slnka (M☉). Táto hmotnosť baryónovej hmoty zahŕňa 200 až 400 miliárd hviezd. Ich komplexná absolútna hviezdna veľkosť bola odhadnutá na -20,9.

Halo

Galaktický disk je obklopený sféroidným halom starých hviezd a guľových hviezdokôp, z ktorých 90 % leží vo vnútri priemeru 100 000 svetelných rokov, z čoho sa usudzuje priemer hviezdneho hala 200 000 svetelných rokov, hoci guľové hviezdokopy boli objavené aj vo väčšej vzdialenosti ako 200 000 svetelných rokov, ako napríklad  PAL 4 a AM1. Približne 40 % týchto hviezdokôp má retrográdnu obežnú dráhu, čo znamená, že sa pohybujú v opačnom smere ako je rotácia Mliečnej cesty. Môžu sa pohybovať po Rossetových dráhach v galaxii, ktoré sú opakom eliptických obežných dráh.
Zatiaľ čo disk obsahuje plyn a prach, ktorý zahaľuje pohľad pri niektorých vlnových dĺžkach, zložky sféroidu sú dobre viditeľné. Hviezdy aktívne vznikajú v disku (hlavne v špirálových ramenách, ktoré predstavujú oblasti s vysokou hustotou), ale nie v hale. Otvorené hviezdokopy sa tiež vyskytujú primárne v disku.
Objavy 21. storočia dali nový rozmer štruktúre Mliečnej cesty. S objavom, že disk galaxie Androméda (M31) je viac natiahnutý ako sa pôvodne predpokladalo, sa dá predpokladať, že disk Mliečnej cesty môže byť tiež viac natiahnutý, a táto hypotéza je podporená dôkazmi z objavu predĺženia Vonkajšieho ramena ramena Pravítka. S objavom trpasličej galaxie Strelec sa objavil pás galaktického odpadu, ktorý vznikol vzájomným pôsobením Mliečnej cesty a trpasličej galaxie pohybujúcej sa po polárnej obežnej dráhe. Podobne, s objavom trpasličej galaxie Veľký pes, bol objavený prstenec vesmírneho odpadu.

Poloha Slnka a susedstvo

Slnko (a tým pádom aj Zem a slnečná sústava) sa nachádza v blízkosti vnútorného okraja galaktického ramena Orióna v Miestnom medzihviezdnom mraku vo vnútri Miestnej bubliny a vo vnútri Gouldovho pásu, vo vzdialenosti 7,62 ± 0,32 kpc (~25 000±1 000 svetelných rokov) od jadra Galaxie. V súčasnosti sa Slnko nachádza vo vzdialenosti 5 – 30 pc od centrálnej roviny galaktického disku. Vzdialenosť medzi Miestnym ramenom a ďalším ramenom, ramenom Perzea, je približne 6 500 svetelných rokov. Slnko s celou slnečnou sústavou, sa nachádzajú v galaktickej obývateľnej zóne.
Vo vzdialenosti do 15 pc od Slnka sa nachádza okolo 208 hviezd, ktoré sú jasnejšie ako absolútna hviezdna veľkosť 8,5. To zodpovedá hustote 0,0147 takýchto hviezd na kubický parsek, alebo 0,000424 na kubický svetelný rok (zo zoznam najbližších jasných hviezd). Na druhej strane, je tu 64 známych hviezd (rôznej hviezdnej veľkosti, okrem štyroch hnedých trpaslíkov) vo vnútri 5 parsekov od Slnka, čo dáva hustotu 0,122 hviezd na kubický parsek, alebo 0,00352 hviezd na kubický svetelný rok (zo zoznamu najbližších hviezd), z čoho vyplýva, že väčšina hviezd nie je jasnejšia ako hviezdna veľkosť 8,5.
Vrchol cesty Slnka alebo slnečný vrchol je smer, ktorým sa pohybuje Slnko v priestore Galaxie. Hlavným smerom galaktického pohybu Slnka je smerom k hviezde Vega v blízkosti súhvezdia Herkules pod uhlom približne 60 hviezdnych stupňov k smeru jadra Galaxie. Obežná dráha Slnka po Galaxii je zhruba eliptická s občasnými poruchami kvôli špirálovým ramenám a nerovnomernému prerozdeleniu hmoty v Mliečnej ceste. Navyše, Slnko kmitá smerom nahor a nadol vzhľadom na galaktickú rovinu približne 2,7-krát za obeh. Podobá sa to práci jednoduchého harmonického oscilátora bez unášacej sily. Tieto kmitania boli donedávna považované za faktor spôsobujúci masové vyhynutia na Zemi. Ale opakovaná analýza efektov pri preletoch Slnka cez špirálovú štruktúru založená na CO dátach nepotvrdila, že medzi prechodmi slnka rovinou disku a vyhynutiami druhov existujú súvislosti.
Slnečnej sústave trvá jeden obeh okolo stredu Galaxie 225 – 250 miliónov rokov (galaktický rok), takže sa predpokladá, že túto trasu už absolvovala 20 – 25-krát počas existencie Slnka a 1/1250-krát počas vzniku a vývoja človeka človeka. Obežná rýchlosť slnečnej sústavy okolo jadra Galaxie je približne 217 – 220 km/s, čo znamená 1 svetelný rok za približne 1400 rokov a 1 AU (astronomická jednotka) za 8 dní.

Rýchlosť

Vo všeobecnom chápaní, absolútna rýchlosť objektu vo vesmíre nie je podľa Einsteinovej špeciálnej teórie relativity dôležitou otázkou. Špeciálna teória realtivity prehlasuje, že neexistuje prioritná inerciálna vzťažná sústava vo vesmíre, s ktorou sa dá porovnať pohyb objektu (pohyb musí byť špecifikovaný s ohľadom na ďalší objekt). Toto je potrebné mať na pamäti pri rozoberaní pohybu galaxie.
Astronómovia veria, že Mliečna cesta sa pohybuje relatívnou rýchlosťou 630 km/s k inej pohybovej vzťažnej sústave, ktorá sa nachádza v Hubblovom prúde. Ak sa Galaxia pohybuje rýchlosťou 600 km/s, Zem precestuje 51,84 milionov kilometrov každý deň a viac ako 19,8 miliárd kilometrov každý rok, čo je viac ako  4,5 násobok najbližšej vzdialenosti od Pluta. Predpokladá sa, že Mliečna cesta sa pohybuje v smere Veľkého atraktora. Miestna skupina galaxií je časťou superkopy galaxií nazývanej Miestna superkopa galaxií nachádzajúcej sa v blízkosti Kopy galaxií Panna. Aj keď sa od seba vzďaľujú rýchlosťou 967 km/s ako súčasť Hubblovho prúdu, rýchlosť je menšia ako by sa predpokladalo pri vzdialenosti 16,8 milióna pc kvôli gravitačnému priťahovaniu medzi Miestnou skupinou galaxií a Kopou galaxií Panna.
Iné referencie poskytuje reliktové žiarenie. Mliečna cesta sa pohybuje rýchlosťou 552 km/s s ohľadom na fotóny reliktového žiarenia, rektascenzia 10,5, deklinácia -24° (epocha J2000) blízko centra súhvezdia Hydra. Tento pohyb je pozorovaný pomocou satelitov ako sú Cosmic Background Explorer (COBE) a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ako dvojpólová podpora reliktového žiarenia. Fotóny v rovnováhe reliktového žiarenia sú modrasté v smere pohybu a červenkasté proti smeru pohybu.
Galaxia rotuje okolo svojho jadra v závislosti od galaktickej krivky rotácie (obrázok vpravo). Odchýlka medzi pozorovanou krivkou (relatívne plochou) a krivkou založenou na známej hmote hviezd a plynu v Galaxii (nestála krivka) sa prisudzuje tmavej hmote.

Mytológia a etymológia

Existuje veľmi veľa legiend v mnohých tradíciách po celom svete, týkajúcich sa stvorenia Galaxie. Obzvlášť dva podobné staroveké grécke príbehy vysvetľujú etymológiu názvu Galaxias (Γαλαξίας) a jeho spojenie s mliekom (γάλα). Jedna legenda popisuje Mliečnu dráhu ako mliečnu škvrnu, ktorá vznikla pri dojčení Herkula bohyňou Hérou. Keď si Héra uvedomila, že dojča nie je jej vlastné, ale že je nemanželské dieťa boha Dia a inej ženy, odsotila ho preč a z vystrekujúceho mlieka sa stala Mliečna cesta.
Podľa iného príbehu pochádza mlieko od bohyne Rhea, ženy Krona (Kronos), a dojča bol sám Zeus. Kronos zhltol svoje deti, aby si tak zaistil svoje miesto v Panteóne a vládcu nebies, a tak Rhea vymyslela plán na záchranu jej novonarodeného syna Dia. Do šiat dojčaťa zabalila kameň a dala ho Kronovi, aby ho mohol zhltnúť. Kronos ju požiadal, aby ešte raz a naposledy dieťa povarovala, skôr, ako ho zhltne, a z mlieka, ktoré vystreklo, keď zatlačila bradavku na kameň, sa stala Mliečna cesta.
V sanskrite a niekoľkých ďalších indoárijských jazykoch sa Mliečna cesta nazýva Akaš Ganga (आकाशगंगा, Ganga nebies). V hindskom svätom písme Purány je Mliečna cesta posvätná, a gangy a Mliečna cesta sú považované za pozemsko-nebeskú analógiu. Názov Kšira (क्षीर, mlieko) sa tiež používa ako alternatívne meno Mliečnej cesty v hindských textoch.
V oblasti od strednej Ázie do Afriky, názov Mliečnej cesty súvisí so slovom "slama". Toto môže mať pôvod v starovekej arménskej mytológii (Յարդ զողի Ճանապարհ hard goghi chanaparh, alebo "Stopa zlodeja slamy"), ktorá bola rozširovaná Arabmi. V niekoľkých uralských, turkických, ugrofínskych a baltských jazykoch sa Mliečna cesta nazýva "Vtáčou cestou" (Linnunrata po fínsky), pretože trasa migrácie vtákov vyzerá podobne ako Mliečna cesta (legendy Qi Xi oslavujú v mnohých kultúrach Ázie). Čínsky názov "Strieborná rieka" (銀河) sa používa všade vo východnej Ázii vrátane Kórei a Japonska. Alternatívny názov pre Mliečnu cestu v starovekej Číne, hlavne v básňach je "Nebeská rieka Chan-ťiang" (天汉). V Japonsku "Strieborná rieka" (銀河 ginga) znamená galaxie vo všeobecnosti a Mliečna cesta "Sústava striebornej rieky"(銀河系 gingakei) alebo "Rieka nebies" (天の川 Amanokawa alebo Amanogawa). Vo švédčine sa nazýva Vintergatan alebo "Zimná aleja", pretože hviezdy v žiariacom páse predpovedali príchod zimy. V niektorých ibérijských jazykoch sa Mliečna cesta prekladá ako "Cesta svätého Jakuba staršieho" (v španielčine "El camino de Santiago").

Budúcnosť

Je takmer isté, že Galaxia sa zrazí so susednou Galaxiou Androméda. Galaxie sa k sebe približujú rýchlosťou približne pol milióna kilometrov za hodinu. Ich vzájomná vzdialenosť je asi 2,2 milióna svetelných rokov. K zrážke teda príde vo vzdialenej budúcnosti, približne za 3 – 4 miliardy rokov. Keď sa obe galaxie priblížia, stlačí gravitačný vplyv oboch galaxií ich molekulové mračná a začne masívna tvorba nových hviezd. Vytvorí sa množstvo modrosvietiacich hviezdokôp, oveľa jasnejších ako sú terajšie. Z prachu v oboch diskoch sa začnú gravitačným vplyvom a premiešaním tvoriť nové obrie hviezdy s krátkou životnosťou. Oba disky sa spoja asi za 100 miliónov rokov. Za ten čas už vybuchnú niektoré supernovy a vymetú plyn a prach von z nového útvaru. Okolo neho vznikne rovnaký obal, aký pozorujeme pri eliptických galaxiách. Z jadra bude vychádzať dlhý výtrysk podobný výtrysku z galaxie M87. Predpokladá sa, že naše Slnko, ani žiadne iné hviezdy sa navzájom nezrazia.