po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu

Razdely

• 1.1. Ot neustoichivyh orbit k volnovym modam
• 1.2. Pyl' i gaz
• 1.3. Veter peremen
• 1.4. Dispersionnye orbity
• 1.5. Cirkulyacionnaya teoriya kvazistacionarnyh spiralei

1. Epoha Lindblada

1.1. Ot neustoichivyh orbit k volnovym modam

Issledovaniya Habbla priveli k obshemu ponimaniyu vnegalakticheskogo statusa 'tumannostei', no ne reshili kolichestvennoi problemy: povyshennye v range, tumannosti vse eshe bezogovorochno ustupali nashei Galaktike po svoim razmeram i masse. Povinnoi okazalas' sil'no zanizhennaya shkala rasstoyanii³, i bolee vsego ot nee stradali ne predstavlennye v Mestnoi i sosednih gruppah gigantskie ellipticheskie galaktiki. V takih usloviyah spiral'nye ob'ekty videlis' v srednem na 1 - 2 poryadka bolee krupnymi i massivnymi, chem ellipticheskie; maloizuchennym bar-galaktikam otvodilos' promezhutochnoe mesto [11].

Pervonachal'nye metody opredeleniya vrasheniya galaktik po spektru poglosheniya byli chuvstvitel'ny lish' k yarkim central'nym oblastyam sravnitel'no blizkih ob'ektov, naklon linii pri etom ustanavlivalsya integral'no, kak kolichestvennaya mera obshego tverdotel'nogo vrasheniya vsei sistemy. Metody raboty s emissionnymi spektrami, vvedennye v praktiku v konce 30-h gg., pozvolili vyyavit' kinematiku vnecentral'nyh oblastei M31 i M33 [12,13] (ris. 1). Ogranichennye i ves'ma grubye, no prinyatye na ura, eti dannye na protyazhenii dvuh desyatiletii formirovali i obsluzhivali ideyu standartnoi krivoi vrasheniya galaktik. Poslednyaya predstavlyalas' v vide , s konstantami i podbrannymi tak, chtoby v predelah 'vidimoi granicy' spiral'noi struktury umeshalsya tol'ko rastushii uchastok krivoi⁴⁵. V sluchae zhe galaktik s barom i "bez vsyakih izmerenii" bylo "ochevidno", chto inache kak tverdotel'no oni vrashat'sya ne mogli vvidu ugrozy bystrogo razrusheniya bara [20, c. 517].

Ris. 1. Krivaya vrasheniya galaktiki M31.
(a) Approksimaciya opticheskih dannyh 1939 g. [14]. (b) Obrabotka dannyh 50-h gg. v linii 21 sm.

Pod stat' empiricheskim nastroeniyam byli teoreticheskie vkusy epohi, sledovavshie ustanovke Dzhinsa na postroenie edinoi kosmogonii galaktik i zvezd⁶ . Akcent delalsya na gazovye figury; ih razvitie ponimalos' v ramkah uchastiya vekovoi neustoichivosti, k kotoroi privodyat dissipativnye faktory, deistvuyushie v sisteme s ustanovivshimsya dvizheniem. Takaya sistema "prosto ne uspevaet dostich' konfiguracii, pri kotoroi v silu vstupaet obychnaya [dinamicheskaya] neustoichivost'" [2, c.199], poetomu "interesna v kosmogonii tol'ko vekovaya neustoichivost'" [2, s. 214]⁷. Estestvenno, chto rannie raboty Lindblada okazalis' podverzhennymi oshusheniyam global'nogo evolyucionnogo processa⁸. No on, odnako, stal pervym - i na protyazhenii bolee 30 let ostavalsya fakticheski edinstvennym, - kto vydelil problemu spiral'noi struktury i traktoval ee kak otdel'noe, zvezdno-dinamicheskoe zveno obshei filosofii galaktik⁹.

Lindblad prinyal za osnovu [22,23], chto v processe nachal'noi evolyucii obrazuetsya 'materinskaya galaktika' - sil'no splyusnutaya zvezdnaya linza s tverdotel'nym vrasheniem ( v uravnenii (1)). Vblizi ee kromki gravitacionnyi potencial menyaetsya s radiusom stol' bystro, chto krugovye orbity zvezd teryayut ustoichivost' (< 0): orbitam vnutri linzy, no vblizi ee kromki, dostatochno nebol'shogo izmeneniya energii, chtoby iz krugovyh prevratit'sya v asimptoticheskie i zapolnit' protyazhennuyu oblast' za predelami 'materinskogo tela' (solnechnaya okrestnost' prinadlezhit kak raz takoi oblasti differencial'nogo vrasheniya, opisyvaemogo formulami (1)). Zvezdy, pravda, pokidayut materinskuyu sistemu i vozvrashayutsya v nee spontanno i ravnoveroyatno v lyubom meste ee kromki, chto ne sposobstvuet obrazovaniyu kakoi-libo struktury. No prepyatstvie ustranyaetsya, esli dopustit' libo vozmushayushee deistvie vneshnego tela, libo obshuyu oval'nuyu deformaciyu sistemy, vyzvannuyu ee bystrym vrasheniem¹⁰. V oboih sluchayah posle nekotorogo perehodnogo processa na rebre linzy vydelyayutsya dve protivostoyashie drug drugu tochki inducirovannogo vybrosa veshestva, i oni okazyvayutsya prakticheski nepodvizhnymi, blagodarya chemu veshestvo istekaet dvumya uhodyashimi vpered - lidiruyushimi - spiralevidnymi potokami. Predpochitaya vnutrennie dinamicheskie faktory vneshnim, Lindblad rassmatrival global'nye mody vozmushenii - volny deformacii (neszhimaemye mody) i volny plotnosti (szhimaemye mody). On iskal sootvetstvuyushie etim modam neustoichivye resheniya¹¹ (ris. 2), analiziroval ih vozdeistvie na zvezdy na asimptoticheskih orbitah i predlagal scenarii i mehanizmy obrazovaniya kvazistacionarnyh spiral'nyh uzorov, sozdavaemyh massoi vozmushennyh orbit (ris. 3) [23,25,26]¹²¹³.

Ris. 2. Volnovaya moda m=2 v teorii Lindblada.
Dva simmetrichnyh maksimuma volny nahodyatsya vblizi osi x, dva minimuma - vblizi osi y. Raspolozhenie maksimumov na odnom diametre, a takzhe dopolnitel'naya koncentraciya veshestva v centre galaktiki, ob'yasnyaet yavlenie barov. Strelki ukazyvayut napravlenie polya skorostei vnutrennego dvizheniya v galaktike. (Risunok vosproizveden iz stat'i Lindblada i Langebartelya [26].)

Ris. 3. Obrazovanie spiral'noi struktury v teorii voln plotnosti Lindblada.
(Risunok vosproizveden iz stat'i Lindblada i Langebartelya [26].)

1.2. Pyl' i gaz

Zvezdnuyu dinamiku 40-h - nachala 50-h gg. sostavlyali ucheniya o stacionarnoi galaktike, obuslovlennoi regulyarnymi silami (sm. [20]), i o kvazistacionarnyh zvezdnyh sistemah, podverzhennyh medlennym relaksacionnym processam [21,33,34]. Vmeste eti teorii obespechivali bazu, vpolne dostatochnuyu dlya izvlecheniya opredelennyh prakticheskih dividendov, no vse eshe malo prigodnuyu dlya ponimaniya voprosov sobstvenno dinamiki.

"Hotya eti metody i proyasnili v znachitel'noi mere naibolee harakternye aspekty zvezdnoi dinamiki, ob'ektivnyi vzglyad na imeyushiesya rezul'taty navodit na mysl' o tom, chto my vse eshe kraine daleki ot postroeniya polnoi teoreticheskoi osnovy dlya obsuzhdeniya fizicheskih problem. No, dumaetsya, uzhe v blizhaishem budushem poyavyatsya novye metody resheniya zadach zvezdnoi dinamiki" [21, s. vii-viii]¹⁴.

Budushee eto, odnako, ne okazalos' stol' neposredstvenno blizkim. Teoreticheskaya mysl' prodolzhala sledovat' idee evolyucionnogo dvizheniya galaktik po diagramme Habbla (v tu ili inuyu storonu) i raskryvalas' v ocherednyh popytkah sinteza strogih elementarnyh znanii o gravitiruyushih figurah v nestrogom duhe obshekosmogonicheskogo ohvata¹⁵¹⁶. Sootvetstvenno, nestacionarnye - dinamicheskie - zadachi o deformacii sistem i o vozmusheniyah plotnosti vnutri nih schitalis' slozhnymi i potomu prezhdevremennymi, a "zakonomernymi i neobhodimymi" videlis' stacionarnye zadachi, ibo bylo "trudno sebe predstavit', chto razvitie zvezdnyh sistem na vseh etapah nosit burno-katastroficheskii harakter" [20, c.13]¹⁷. V etom svete lindbladovskaya teoriya neustoichivyh bar-mod predstavlyalas' ekstravagantnoi i nepriemlemoi [38, c. 31].

"Takie teorii ne mogut eshe sposobstvovat' progressu kosmogonii, tak kak neopredelennost' v nih preobladaet nad obosnovannost'yu" [36, c. 279].

Delikatnost' podobnyh ekspertiz, pri vseh ih prochih neosporimyh dostoinstvah, nesla vesomuyu pechat' togo, chto sovsem uzhe ne zvezdy, a gazopylevaya materiya stala obshim centrom prityazheniya vsei galakticheskoi astronomii¹⁸. K nachalu 50-h gg. Baade otkryl v M31 mnogie sotni emissionnyh tumannostei i obnaruzhil, chto "oni nanizany na spiral'nye vetvi, podobno zhemchuzhinam" [9, c. 63]. On zhe pokazal, chto i gazopylevaya materiya raspredelena v etoi galaktike kraine neravnomerno, koncentriruyas' v rukavah ee spirali¹⁹. S drugoi storony, uzhe ni u kogo ne vyzyvalo somneniya, chto zvezdy vysokoi svetimosti molody, poskol'ku bylo ustanovleno, chto oni i v nastoyashee vremya obrazuyutsya v bol'shom kolichestve - napr., v tumannosti Oriona. Vse eto dazhe bez kolichestvennyh izmerenii (kotoryh po suti i ne bylo) ubezhdalo v tom, chto

"pervichny v spiral'noi strukture pyl' i gaz i chto mozhno zabyt' o tshetnyh popytkah ob'yasneniya spiral'noi struktury dinamikoi chastic: ee neobhodimo ponyat' v ramkah gazodinamiki i magnitnyh polei" [9, c. 67]²⁰.

L'vinaya dolya etih otkrytii stala vozmozhnoi blagodarya vvedeniyu v stroi v 1949 g. 5-metrovogo teleskopa, a nachinaya s 1951 g. sushestvennyi vklad v izuchenie mezhzvezdnogo gaza stali davat' i issledovaniya na volne 21 sm. Gollandskie radioastronomy predstavili "odnu iz poistine istoricheskih diagramm v izuchenii Mlechnogo Puti" [32, c. 244] - detal'nuyu kartu raspredeleniya atomarnogo vodoroda [40]²¹²². Na baze obshego analiza kinematiki gaza byla postroena svodnaya krivaya vrasheniya [43], i "pervoocherednoi zadachei na blizhaishie gody" stalo sozdanie bolee precizionnoi apparatury, "sposobnoi s vysokoi tochnost'yu prosledit' spiral'nuyu strukturu nashei Galaktiki".

"Hotya teoretizirovat' mozhno vsegda, osnovnoe mesto seichas dolzhny zanimat' tshatel'nye nablyudeniya i ih nepredvzyatyi analiz" [32, c. 248].

Novye empiricheskie fakty - tugozakruchennye, pochti kol'ceobraznye rukava spirali Mlechnogo Puti, koncentraciya v nih ob'ektov naseleniya I, sdvigovyi harakter obshego vrasheniya - yavilis' dlya Lindblada neozhidannost'yu. On ne mog ne prinyat' ih, no oni trebovali drugoi, bolee adekvatnoi dinamicheskoi teorii, i Lindblad ostavil svoi idei neustoichivyh krugovyh orbit i volnovyh bar-mod (hotya ne otkazalsya ot nih²³). Etomu shagu sposobstvovali rezul'taty pervyh chislennyh eksperimentov po dinamike galaktik, kotorye v 1955 - 1960 gg. provodil ego syn P.O.Lindblad s pomosh'yu ustanovlennoi v Stokgol'me bol'shoi elektricheskoi schetnoi mashiny [44,45]. Eksperimenty pokazyvali otstayushie, a ne lidiruyushie, spiral'nye rukava - takie, kotorye poluchali podderzhku so storony nablyudatel'nyh dannyh po nashei i po ryadu drugih galaktik [46] i kotorye davno uzhe "uzakonil" Habbl [47] v ramkah svoei rabochei gipotezy o tom, chto galakticheskie spirali vsegda otstayut²⁴.

1.3. Veter peremen

Uspehi poslevoennyh let v izuchenii galaktik obuslovili prioritet empiricheskogo podhoda. V ego ramkah k koncu 50-h gg. obrazovalis' dva magistral'nyh napravleniya evolyucionnyh issledovanii, morfologicheskoe i kolichestvennoe. Pervoe, mnogim obyazannoe poyavleniyu Palomarskih kart neba, stimulirovalo rabotu po sozdaniyu fundamental'nyh katalogov, atlasov i morfologicheskih klassifikacii galaktik [37], vtoroe opiralos' na rezul'taty teorii zvezdnoi evolyucii i nablyudaemye kolichestvennye harakteristiki otdel'nyh galaktik i ih struktur. Razvetvilos' v novyh usloviyah i drugoe, teoreticheskoe ruslo issledovanii, predmet kotoryh rassmatrivalsya teper' otdel'no v ramkah fizicheskoi, himicheskoi i dinamicheskoi evolyucii galaktik.

Na dinamicheskom kryle issledovanii k koncu 50-h gg. zasvetili nastoyashie putevodnye mayaki. Odin iz nih byl zazhzhen pronikshimi nakonec v dinamiku galaktik metodami lineinoi teorii ustoichivosti sistem, ot kotoryh tak dolgo, vo mnogom po inercii, otkreshivalis'²⁵. V obshem kontekste problemu sformuliroval Chandrasekar.

"Esli nam izvestno, chto ob'ekt prebyvaet v pochti neizmennom sostoyanii dlitel'noe vremya, to my obychno zaklyuchaem o ego ustoichivosti, podrazumevaya pod etim, chto v ego konstrukcii est' nechto, pozvolyayushee emu protivostoyat' malym vozmusheniyam, kakovym v prirode podverzhena lyubaya sistema ...Takim obrazom, kogda my vstrechaem ob'ekt novogo tipa - a v astronomii takih bol'shinstvo, - izuchenie ego ustoichivosti mozhet dat' osnovu dlya pervichnogo ponimaniya" [57, c. 667].

Chandrasekar, odnako, videl v etom prezhde vsego akademicheskii interes. "Dlya prikladnogo matematika, - poyasnyal on, - voprosy ustoichivosti osobenno privlekatel'ny, poskol'ku po prirode svoei oni privodyat k lineinym uravneniyam, a s nimi vsegda priyatnee imet' delo, chem s nelineinymi uravneniyami" [57, c. 667]²⁶. Ne udivitel'no poetomu, chto on obrashalsya k naibolee obshim, matematicheski udobnym modelyam. Odnoi iz nih byla, kak i u Dzhinsa, beskonechnaya odnorodnaya sreda, i vopros stavilsya o tom, izmenyatsya li dzhinsovskii kriterii neustoichivosti i minimal'nyi masshtab kondensacii sredy , esli ona stanet vrashat'sya kak odno tverdoe telo ( i - skorost' zvuka i plotnost' sredy; , i - chastota, volnovoe chislo i dlina volny vozmusheniya; gravitacionnaya postoyannaya)²⁷. Okazalos', chto v obshem sluchae vozmushenii s nenulevoi komponentoi vdol' osi vrasheniya kriterii Dzhinsa polnost'yu sohranyaetsya. Odnako v dinamiku chisto poperechnyh vozmushenii vmeshivaetsya sila Koriolisa, i ona polnost'yu stabiliziruet sistemu pri vrashenii so skorost'yu , o chem svidetel'stvuet dispersionnoe sootnoshenie

(2)

Gorazdo bolee realistichnuyu model' gravitiruyushei sistemy rassmotrel v 1960 g. Safronov [61,62], razvivavshii obshuyu planetnuyu kosmogoniyu. Dlya rascheta dinamiki pervichnogo oblaka on vybral differencial'no vrashayushiisya gazovyi sloi so stratifikaciei plotnosti vdol' osi vrasheniya²⁸. Analiz korotkovolnovyh radial'nyh vozmushenii privel k dispersionnomu sootnosheniyu

(3)

kotoroe otlichalos' ot usloviya (2), glavnym obrazom, formoi gravitacionnogo slagaemogo: ono teper' zaviselo ot masshtabov vozmusheniya i ot tolshiny sloya . Provedya primernuyu ocenku faktora , Safronov zaklyuchil - vpolne v dzhinsovskom duhe - chto vrashayushiesya ploskie sistemy teryayut ustoichivost' i razbivayutsya na kol'ca, kogda ih ravnovesnaya ob'emnaya plotnost' prevyshaet opredelennoe znachenie.

V tom zhe 1960 g. byli polucheny pervye rezul'taty po kollektivnoi besstolknovitel'noi dinamike. Oni kasalis' naibolee prostyh - sfericheskih - zvezdnyh sistem²⁹ Antonov nashel dlya nih stavshii klassicheskim "kriterii ustoichivosti, hotya i dovol'no slozhnyi" [67], a Linden-Bell obnaruzhil neozhidannoe svoistvo ih ravnovesnyh sostoyanii - sposobnost' sfer vrashat'sya.³⁰.

Drugim mayakom dlya dinamicheskih issledovanii stalo ponimanie obshego sdvigovogo haraktera vrasheniya spiral'nyh galaktik, dostignutoe blagodarya novym, bolee tochnym kinematicheskim dannym, poluchennym v konce 50-h gg. Berbidzhami i Prendergastom. Pered astronomami teper' uzhe so vsei ser'eznost'yu vstal vopros o sohranyaemosti spiral'noi struktury v zhestkih sdvigovyh usloviyah.

"V poslednie gody poyavilos' nekotoroe oshushenie togo, chto individual'nye spiral'nye rukava yavlyayutsya dolgozhivushimi obrazovaniyami galaktik. ...Kak my pokazhem, forma krivoi galakticheskogo vrasheniya odnoznachno govorit o tom, chto za korotkoe po sravneniyu s vozrastom galaktiki vremya forma spiral'nyi uzor polnost'yu razrushitsya" [69, c. 244].

Kolichestvennye ocenki deistvitel'no pokazali, chto dannye po M31, M81, NGC5055 "i, vozmozhno, po vsem podobnym spiral'nym galaktikam" [69, c. 246] protivorechili "nekotorym ves'ma razumnym predpolozheniyam" [69, s. 244] - po men'shei mere odnomu iz sleduyushih: (a) dvizheniya v diskah galaktik krugovye, (b) krugovoe dvizhenie stacionarno, (v) veshestvo v spiral'nom rukave fiksirovano.

"Srochnaya problema" sohranyaemosti spiral'nyh form byla podhvachena Oortom. Vystupaya na konferencii v Prinstone (1961) i govorya o tom, chto lyuboe lokal'noe sgushenie v differencial'no vrashayusheisya galaktike rastyagivaetsya i na vremya prinimaet spiral'nyi vid, on prizval izuchat' principial'no inoe yavlenie:

"My dolzhny rassmotret' spiral'nuyu strukturu, kotoraya ohvatyvaet vsyu galaktiku, ot ee yadra do samyh dal'nih oblastei, i sostoit iz dvuh rukavov, vyhodyashih iz diametral'no protivopolozhnyh tochek. Hotya eta struktura zachastuyu beznadezhno nepravil'naya i razbitaya, obshaya kartina krupnomasshtabnogo obrazovaniya raspoznaetsya vo mnogih galaktikah" [70, s. 234].

Oort predpolozhil "tri puti preodoleniya etoi trudnosti". Odin iz nih - "rukava mogli by sohranyat' imeyushuyusya spiral'nuyu formu, esli by materiya postoyanno postupala v nih s vnutrennei storony i postoyanno uhodila s vneshnei" [70, c. 237-238]. Etot variant s interesom obsuzhdalsya na konferencii [70, c. 243].

Nakonec, eshe odin mayak dlya dinamicheskih issledovanii galaktik zazhgli v 50-e gg. vvedennye v praktiku chislennye komp'yuternye metody. Pervym delom oni byli primeneny dlya rascheta trehmernyh orbit zvezd; Kontopulos ustanovil togda ih neergodichnost' [71] i zanovo sformuliroval problemu tret'ego integrala dvizheniya [72]. P.O.Lindblad, kak my videli, v ramkah zadachi tel obratil komp'yuter k dinamicheskim problemam galaktik [44,45].

1.4. Dispersionnye orbity

Ves'ma pokazatel'no, chto posle blistatel'nogo starta Lindbladu dopolnitel'no potrebovalos' ne tri mesyaca ili tri goda, a celyh tri desyatiletiya na to, chtoby svyazat' uglovuyu skorost' vrasheniya i vyvedennuyu im chastotu so skorost'yu kinematicheskih voln , kotorye my svyazyvaem teper' s ego imenem, osobenno kogda proiznosim takie slova, kak "lindbladovskie rezonansy".

A. Toomre [31, s. 2-3]

Svezhie veyaniya, o kotoryh shla rech' vyshe, ne zastali Lindblada vrasploh. Vazhnost' differencial'nogo vrasheniya uzhe byla emu ponyatna iz "zamechatel'noi raboty leidenskih nablyudatelei" [43,73], na osnovanii kotoroi on podmetil lyubopytnyi fakt primernogo postoyanstva v nashei Galaktike (a takzhe v M31 [74] i M81 [75]) kombinacii

(4)

Voprosy zhe dinamicheskoi ustoichivosti vsegda opredelyali soderzhanie spiral'nyh teorii Lindblada, i s 1938 g. [76] on postoyanno imel delo s dispersionnymi sootnosheniyami tipa (3), nagruzhaya ih razlichnymi gradientnymi chlenami s cel'yu bolee tochnogo opisaniya osnovopolagayushei - neustoichivoi - bar-mody (sm. [77])³¹.

Odnako mysl' o primenenii metodov kollektivnoi dinamiki k differencial'no vrashayushimsya zvezdnym galaktikam Lindblada, po-vidimomu, ne vdohnovila. Kak mozhno sudit' [79, c. 64] - potomu, chto on chuvstvoval ogranichennost' svoego gidrodinamicheskogo podhoda (dlinnovolnovye resheniya pri differencial'nom vrashenii ostavalis' nedostizhimymi, a v korotkovolnovoi oblasti sam podhod byl neprigoden iz-za otsutstviya uravneniya sostoyaniya), a tehniki analiza kineticheskogo uravneniya ne imelos'. K tomu zhe Lindblad, veroyatno, somnevalsya v samoi vozmozhnosti ustanovivshihsya mod v galaktikah pri sdvigovom rezhime ih vrasheniya. Tak ili inache, maksimal'no vdohnovlyayushim dlya nego okazalos' ustanovlennoe im empiricheskoe sootnoshenie (4). Na ego osnove on i stal razvivat' novuyu, "bolee tochnuyu teoriyu razvitiya spiral'noi struktury" [24, c. 148], nazvannuyu im teoriei dispersionnyh orbit [80,81]. Vyboru takogo nazvaniya posluzhila ideya o tom, chto gaz i zvezdy naseleniya I v galaktikah kakim-to obrazom sobirayutsya po svoei iniciative vdol' neskol'kih orbit, napominaya meteornye potoki.

Lindblad rassmotrel epiciklicheskie kolebaniya zvezd v sisteme koordinat, vrashayusheisya so skorost'yu , gde , i predstavil radial'noe smeshenie zvezdy v vide dolgotnoi zavisimosti (- dolgota apocenra). Prosteishii vid orbity prinimali pri celyh , a sluchai byl osobo interesen tem, chto sootvetstvoval empiricheskomu sootnosheniyu (4). Dlya etogo sluchaya Lindblad nashel "naibolee obshuyu formu ellipsoidal'nogo raspredeleniya s otkloneniem verteksa" [24, c. 152], chto pozvolilo emu rasschitat' gravitacionnyi potencial v zvezdnoi sisteme i vydelit' ego usrednennuyu (po uglu i vremeni) chast' i vklad v vozmushayushuyu silu. Eta sila byla razlozhena v ryad Fur'e, i v ramkah uderzhannyh garmonik =1, 2 byl proizveden analiz vozmushenii kol'ca proizvol'nogo radiusa , sostavlennogo iz probnyh chastic ravnoi massy. Kak i Maksvell [82] v shodnoi po postanovke zadache dlya kolec Saturna³², Lindblad vyyavil chetyre osnovnye mody vozmushenii dlya kazhdogo . Dve iz nih opisyvali vrashayushiesya prakticheski so skorost'yu sredy, t.e. "vmorozhennye", vozmusheniya plotnosti kol'ca. Dve drugie mody - "volny deformacii" - imeli skorost' ; znak minus sootvetstvoval medlennoi volne. Imenno eta kinematicheskaya volna (predstavlennaya mnozhestvom otdel'nyh, nuzhnym obrazom sfazirovannyh probnyh chastic, koleblyushihsya na svoih orbitah okolo radiusa ) olicetvoryala pri "dispersionnuyu" orbitu , a nezavisimost' - s nablyudatel'noi tochnost'yu usloviya (4) - ee uglovoi skorosti ot radiusa, const, oznachala stacionarnost' dannoi volny dlya sovokupnosti probnyh kolec raznogo radiusa, t.e. v masshtabe vsei oblasti, v kotoroi eto uslovie vypolnyalos'.

"Etot fakt kraine intrigoval Lindblada, kotoromu ne nuzhno bylo ob'yasnyat', chto strogoe postoyanstvo [velichiny ] snimalo vsyakie problemy zakruchivaniya ili chto samye izvestnye spirali imeli tendenciyu byt' dvuhrukavnymi. No udivitel'no, chto Lindblad etim i ogranichilsya...[Emu] tak i ne prishla konkretnaya ideya vzyat' i soedinit' eti "orbity" v kakoi-nibud' spiral'nyi uzor" [30, c. 442].

1.5. Cirkulyacionnaya teoriya kvazistacionarnyh spiralei

Chislennye eksperimenty P.O.Lindblada s ploskimi galaktikami zamyslivalis' kak sposob illyustracii teorii dispersionnyh orbit. Poetomu v kachestve nachal'noi konfiguracii prinimalas' sistema neskol'kih kolec, slozhennyh iz vzaimno prityagivayushihsya tochek, i proslezhivalos' razvitie "malyh po forme i plotnosti otklonenii bisimmetrichnoi prirody", soobshennyh odnomu iz kolec [84, s. 3]. Raschety pokazyvali, chto vnachale voznikali dve volny, odna bezhala po kol'cu chut' bystree nevozmushennyh chastic, drugaya chut' medlennee. Eto privodilo k poyavleniyu blizkih korotacionnyh rezonansov po obe storony kol'ca, i ih deistvie porozhdalo lidiruyushuyu spiral'. Ta, odnako, vskore perestraivalas' v otstayushuyu, zakruchivalas' i razrushalas', no blagodarya nebol'shomu oval'nomu telu, sohranyavshemusya v central'noi chasti diska, cherez nekotoroe vremya snova voznikali massivnye otstayushie rukava. Na etom osnovanii P.O.Lindblad predpolozhil, chto v galaktikah vozmozhen kvaziperiodicheskii process obrazovaniya otstayushih rukavov, ih posleduyushego raspada i povtornogo obrazovaniya³³.

B.Lindblada privleklo inoe videnie etih rezul'tatov. On, pohozhe, ves'ma ohladel k teorii dispersionnyh orbit i v 1961-62 g. obratilsya k voprosu "O vozmozhnosti kvazistacionarnoi spiral'noi struktury v galaktikah" [84] v usloviyah differencial'nogo vrasheniya³⁴.

"Po ocenkam, sleduyushim iz rassmotreniya evolyucionnogo processa, svyazannogo so zvezdoobrazovaniem iz gazovoi materii, ... vozrast galaktik ustanavlivaetsya v intervale ot 10⁹ do 10⁹ let. Estestvenno poetomu predpolozhit', chto tipichnaya spiral'naya struktura - eto ne efemernoe yavlenie v sistemah, a imeyushee opredelennoe postoyanstvo vo vremeni", i "ponyat', v kakoi mere odni lish' gravitacionnye sily mogut ob'yasnit' spiral'nuyu strukturu stol' znachitel'noi stepeni sohranyaemosti" [86, c. 103].

Dlya resheniya etogo voprosa Lindblad rassmotrel ploskuyu osesimmetrichnuyu differencial'no vrashayushuyusya sistemu zvezd i v sootvetstvii s chislennymi eksperimentami nalozhil na nee nachal'nyi otstayushii spiral'nyi uzor, obrazovannyi nekotorym dopolnitel'nym kolichestvom zvezd. Raschet deistviya na probnuyu okrestnuyu zvezdu so storony takogo spiral'nogo rukava pokazal, chto po hodu ego zakruchivaniya zvezda - bud' ona vperedi rukava ili szadi - sblizhaetsya s nim i "vlivaetsya" v nego, ne imeya bol'she vozmozhnosti ego pokinut', krome kak sovershaya nebol'shie epiciklicheskie kolebaniya. Takoe nakoplenie veshestva uzhe za vremya odnogo oborota galaktiki effektivno prepyatstvuet sdvigovoi deformacii rukavov posredstvom ih obmena uglovym momentom s assimiliruemymi zvezdami, pri etom uglovaya skorost' spiral'nogo uzora vyravnivaetsya po radiusu, i on stanovitsya stacionarnym. V galaktike voznikayut dve dinamicheski razlichnye oblasti: vnutrennyaya, v kotoroi zvezdy obrashayutsya bystree spirali, i vneshnyaya, v kotoroi, naoborot, bystree dvizhetsya spiral'; na promezhutochnom radiuse korotacii uglovye skorosti zvezd i spirali odinakovy.

Odnako dlya podlinnoi stacionarnosti uzora pomimo postoyanstva ego formy trebuetsya eshe balans prihoda i rashoda zvezd v rukavah. Obespecheniyu etogo usloviya sluzhila, po mneniyu Lindblada, ego cirkulyacionnaya teoriya [84,86]. Ona rassmatrivala vzaimodeistvie s okruzhayushim veshestvom ostayushih rukavov spirali, kazhdyi iz kotoryh opisyvaet polnyi vitok (ili chut' bol'she), po polovine vnutri i vne korotacionnogo radiusa (ris. 4). Rukav zakanchivaetsya v toi oblasti, gde sostavlyayushie ego "izbytochnye" zvezdy effektivno prityagivayutsya blizhaishim uchastkom (vblizi korotacii) sosednego rukava i vypadayut na nego "livnem orbit". Izlivshiesya zvezdy dvizhutsya medlennee spirali, poetomu podnimayutsya po rukavu vverh i po dostizhenii predel'noi vysoty vnov' sryvayutsya vniz. V oblasti vnutri korotacii (interesovavshei Lindblada gorazdo men'she) takzhe ustanavlivaetsya cirkulyacionnoe dvizhenie, no v obratnom napravlenii: zahvachennye rukavom zvezdy spuskayutsya po nemu vniz i zatem voshodyat k sosednemu, verhnemu vitku spirali, vlekomye ego prityazheniem.

Ris. 4. Cirkulyaciya materii v galaktike s kvazistacionarnoi spiral'noi strukturoi. Obshee vrashenie proishodit po chasovoi strelke, radius korotacii sootvetstvuet polozheniyu tochek F. Opisanie risunka sm. tekst. (Risunok vosproizveden iz stat'i Lindblada [86].)

Cirkulyacionnaya teoriya Lindblada obrazca 1964 g. byla ne bolee chem nabroskom. Predstavlyaya kvazistacionarnuyu spiral' po suti kak volnu uplotneniya, ona ne davala zhelaemyh kolichestvennyh rezul'tatov v otnoshenii skorosti uzora, ugla zakrutki, shiriny rukavov, i t.p. Ne ob'yasnyala ona i fakta predpochtitel'nosti otstayushih spiralei (vprochem, teoriya dispersionnyh orbit byla v etom plane ne luchshe). Ostaetsya sozhalet', chto Lindblad, umershii v 1965 g., ne uspel zavershit' svoyu poslednyuyu rabotu, v kotoroi, sudya po chernovym rukopisyam, "matematicheski tshatel'no issledovalis' gravitacionnye effekty spiral'nyh rukavov v ego cirkulyacionnoi kartine" [50].

Mozhno ukazat' celyi ryad prichin nepopulyarnosti i neudach teorii Lindblada. Eto i slabaya nablyudatel'naya baza 20-h - 40-h gg., i ustrashayushaya gromozdkost' analiticheskogo apparata, i skudnost' komp'yuternogo podspor'ya v 1950-e gg., i postoyannaya izmenchivost' zaklyuchenii, i tumannaya skrupuleznost' mnogostranichnyh publikacii³⁵, i - pri vsem etom - ostryi deficit na rezul'taty, kolichestvenno proveryaemye nablyudeniyami. Da, my, s odnoi storony, vidim, chto

"vse problemy, kotorye okazalis' vazhnymi dlya teorii spiral'noi struktury v hode dal'neishih issledovanii, uzhe zatragivalis' ili izuchalis' Lindbladom" [87],

i soglashaemsya s tem, chto

"v seredine XX veka - do ery komp'yuterov, fiziki plazmy i kakih by to ni bylo predstavlenii o massivnyh galo - stol' slozhnaya kollektivnaya dinamika, ochevidno, byla slishkom tyazhela dlya lyubogo cheloveka, nezavisimo ot mery ego talanta" [31, s. 3],

no v to zhe vremya konstatiruem, chto vse spiral'nye nachinaniya Lindblada, skol' by prozorlivymi oni seichas ni kazalis', besslavno tonuli v molchanii vremeni.

Interesen vopros: pochemu? Pochemu poluchilos' tak, chto besspornyi master teorii i nablyudenii stol' dolgoe vremya byl udivitel'no blizok, no tak i ne smog pridti k ponimaniyu togo, chto v 60-e gg. stalo yasno ryadu bolee molodyh teoretikov, - chto spiral'naya struktura predstavlyaet soboi kollektivnoe volnovoe yavlenie v sdvigovom diske galaktik? Mozhno lish' dogadyvat'sya. Chastichno, veroyatno, potomu chto, kak my videli, eta ideya eshe ne vitala v vozduhe. No glavnym obrazom, pozhalui, potomu chto Lindbladu meshala ego priverzhennost' individual'nym orbitam chastic. Napisannaya im v yunosti kartina zvezdnyh epiciklov opredelyala vse ego analiticheskie ustremleniya i formirovala harakter ego spiral'nyh teorii. Poetomu, kogda ocherednaya orbital'naya ataka Lindblada zastoporivalas', ne dostignuv celi, on ne preuspeval v neyasnom poiske principial'no inyh putei ee prodolzheniya i puskalsya v novuyu ataku pod starymi orbital'no-epiciklicheskimi znamenami.

Versiya dlya pechati