В повседневной жизни мы лучше всего знаем о том, что нас непосредственно окружает: о своей семье, соседях по дому и т. д. В астрономии зачастую всё наоборот: бывает, что об удалённых галактиках людям известно больше, чем о ближайших окрестностях. Почему?
Может показаться, что наиболее яркие звёзды на небе — те, которые ближе к нам расположены. На самом деле ярчайшие звёзды — это мощные прожекторы, видимые издалека. На их фоне теряются маленькие и тусклые звёздочки, которые находятся рядом, и таких звёзд очень много. Для того чтобы их обнаружить, приходится использовать крупные телескопы или применять специальные методы поиска.
Солнечная система погружена в огромную звёздную систему — Галактику, насчитывающую сотни миллиардов звёзд самой разной светимости и цвета. Многие из них сливаются в слабо светящуюся полосу, пересекающую небосклон в ясные безлунные ночи, — Млечный Путь. Свойства разных типов звёзд Галактики астрономам достаточно хорошо известны. Однако эти типы (звёзды разных масс, их остатки) имеют самую различную пространственную плотность. Чем реже в пространстве встречаются звёзды того или иного класса, тем меньше вероятность того, что именно они окажутся вблизи Солнца. Поэтому учёные предполагают, что нашими соседями являются не просто типичные звёзды и другие небесные объекты, а скорее представители наиболее многочисленных «племён» Галактики. Наблюдения показывают, что частота встречаемости звёзд зависит от их светимости: чем она ниже, тем больше таких звёзд в единице объёма пространства.
Взаимосвязь между числом объектов и их светимостью приводит к понятию окрестностей Солнца, т. е. такого минимального объёма Галактики, в котором доступными современной астрономии средствами можно наблюдать и изучать достаточно большое число звёзд самых различных типов, в том числе звёзд очень низкой светимости. Как показывает практика, таким объёмом является объём шара радиусом около 20 пк. С такого расстояния Солнце выглядело бы как слабая звёздочка, едва видимая невооружённым глазом. Этот «шар» и принято условно называть окрестностями Солнца. Он содержит около полутора тысяч звёзд различных типов.
В настоящее время в окрестностях Солнца исследованы все или почти все звёзды, за исключением совсем карликовых, излучающих очень мало света. Их изучают на меньших расстояниях: примерно до 5 пк от Солнца. Этот объём именуется непосредственными окрестностями Солнца, и уж в нём мы видим абсолютно все звёзды — их около сотни.
Чтобы выявить наших близких соседей, нужно определить расстояния до звёзд, а это очень трудоёмкий процесс. Уже около 150 лет расстояния до звёзд вычисляют по их видимому смещению на небесной сфере (параллаксу), возникающему в результате орбитального движения Земли вокруг Солнца. Чем дальше звезда, тем меньше она «откликается» на движение Земли.
Поскольку для определения параллакса требуется измерять положения небесных светил с помощью очень точных инструментов в течение длительного периода времени, доля звёзд с известными параллаксами невелика. К примеру, сейчас астрономами паспортизовано (т. е. рассчитаны координаты на небесной сфере и присвоено имя или номер) около 15 млн. звёзд. В то же время прямые (геометрические) оценки расстояний за всю историю наземных измерений были получены всего лишь примерно для 10 тыс. звёзд. Большинство из них не настолько близки, чтобы считаться соседями Солнца.
Вообще задача поиска близких звёзд сродни работе золотоискателей: надо промыть тонны золотоносного песка, чтобы добыть грамм золота. Из-за трудоёмкости прямых методов определения расстояний до звёзд астрономы часто прибегают к косвенным методам: кинематическому, спектральному или фотометрическому. Их суть состоит в выделении звёзд с такими характеристиками (скоростями движения по небу, спектральными особенностями или особенностями цвета), которые указывают на их относительную близость и в то же время измеряются проще, чем геометрические параллаксы. Сейчас проведено много измерений спектров и цветов звёзд, которые дают представление об их удалённости. Развитие техники позволяет эффективно применять на новом уровне и старые, хорошо проверенные методы определения расстояний. С помощью измерений, выполненных западноевропейским спутником Земли «Гиппаркос», удалось вычислить параллаксы около 100 тыс. звёзд. После обработки всех данных, полученных со спутника, список близких соседей Солнца существенно пополнится.
Кто же они, наши соседи? Большинство среди них (почти 2/3) составляют очень слабые красные карлики — их массы в 3-10 раз меньше, чем у Солнца. Звёзды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6%. Белых и желтоватых звёзд (спектральных типов А и F) массами от 1,5 до 2 солнечных вообще единицы. Более массивных звёзд (астрономам известны звёзды с массами примерно до 100 солнечных) в непосредственных окрестностях Солнца не найдено, что указывает на их большую редкость. Кроме «живых» звёзд учёные обнаружили ещё семь белых карликов — это остатки звёзд, которые исчерпали всю свою энергию и медленно остывают, высвечивая имеющиеся запасы тепла.
Многие наши соседи (72%) группируются в кратные системы (двойные, тройные и т. д.), где компоненты связаны друг с другом силами гравитации. Чем выше степень кратности, тем меньше таких систем. Некоторые члены этих систем невидимы для современных инструментов (из-за своей близости к сотоварищам или очень слабого блеска). В отдельных случаях невидимые компоненты, как выяснилось, имеют настолько малые массы (менее 0,01 массы Солнца), что их уже нельзя считать звёздами, скорее это очень большие планеты. Напомним, что масса самой крупной планеты Солнечной системы — Юпитера — составляет около 0,001 массы Солнца, т. е. эти компоненты примерно в 10 раз массивнее Юпитера. Невидимые компоненты астрономы находят только косвенными методами — по искажениям, вносимым их гравитационными полями в регулярное орбитальное движение видимых членов систем. Обнаружение таких спутников требует длительных и очень точных измерений.
Какая же из сотни близких звёзд может претендовать на титул ближайшей соседки Солнца? Сейчас ею считается компонент известной тройной системы Центавра — слабый красный карлик Проксима (лат. «ближайшая»). Расстояние до Проксимы 1,31 пк, свет от неё идёт до нас 4,2 года. Будущие исследования покажут, насколько Проксима достойна своего имени и нет ли звёзд, конечно более слабых, которые ещё ближе расположены к Солнцу.
Изучая окрестности Солнца, можно лучше понять природу звёзд малых масс — их образование (по распределению ближайших звёзд видно, что они в основном рождаются небольшими группами) и эволюцию. В окрестностях Солнца наблюдаются звёзды солнечного типа, находящиеся на последовательных этапах своей жизни: жёлтая звезда, похожая на Солнце, — красный гигант — белый карлик. Количественное соотношение звёзд разных типов хорошо согласуется с современной теорией эволюции звёзд.
Статистика околосолнечного населения даёт представление об эволюции галактического диска и Галактики в целом. Например, распределение по светимости (функция светимости) звёзд солнечного типа показывает, что возраст диска 10—13 млрд. лет. Анализ химического состава близких звёзд позволяет восстановить историю обогащения галактического диска синтезированными в звёздах химическими элементами, а следовательно, и «биографию» всей Галактики.
Близкие звёзды играют важную роль при разработке и применении косвенных методов определения расстояний. Косвенный метод основан на связи некоторых измеряемых свойств звезды с расстоянием до неё, а выявить эту зависимость и её числовые характеристики можно лишь на тех объектах, расстояния до которых измеряются впрямую, т. е. на ближних звёздах. Когда такая связь установлена, метод можно использовать и для очень далёких звёзд.