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 银河系
银河系

银河系(milky way galaxy)由恒星和星系物质组成的巨大的、盘状系统,太阳是该系统中的一员。银河系中的众多繁星的光形成了银河,成为环绕夜空的外形不规则的发光带。这条星光带大体上位于银盘平面上。银河系是构成宇宙的亿万个星系中的一个。它拥有几百亿颗恒星和相当大量的星际气体和尘埃。银河系是星系类型中的旋涡星系一类的典型。它的核心周围是一个巨大的中央核球,并有缠绕着它的旋臂。这些弯曲的旋臂使银河系的外形看上去像是一个庞大的车轮。旋臂均匀沉陷在银盘中。银盘是银河系的主要组成部分,直径约70000光年。银核为星际尘埃粒子屏蔽,它们吸收银核辐射中的可见光和紫外光。因此银河系是和人类关系很密切的一个宇宙天体。

目录

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基本信息编辑本段回目录

 银河系
银河系结构

太阳系所在的恒星系统,包括一二千亿颗恒星和大量的星团、星云,还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的总质量是太阳质量的1400亿倍。在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内,扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“核球”,半径约为7千光年。核球的中部叫“银核”,四周叫“银盘”。在银盘外面有一个更大的球形,那里星少,密度小,称为“银晕”,直径为7万光年。银河系是一个旋涡星系,具有旋涡结构,即有一个银心和两个旋臂,旋臂相距4500光年。其各部分的旋转速度和周期,因距银心的远近而不同。太阳距银心约2.3万光年,以250千米/秒的速度绕银心运转,运转的周期约为2.5亿年。

科学家可以在射电、红外、X射线和γ射线的波段,记录并研究银核区发出的辐射。特别是红外辐射和X射线中的强发射,表明存在着高速运动的电离气体云。现在多认为,这种气体云在环绕一个大质量天体运转,很可能是一个质量约为400万个太阳质量的黑洞。科学家已确认,中央核球的主要成分是一些老年恒星和老年星团。旋臂的成分则是完全不同的另一类天体。旋臂中的天体属于十分年轻的亮星和疏散星团。此外,在旋臂区域内是星际气体和尘埃粒子的最高度集聚区,所以那里也是新的恒星形成的最适合的所在。太阳位于这些旋臂中的一条,即猎户臂的内侧边缘附近,距银河系中心约为银河系半径的三分之二距离处。银核位于人马座天区方向,和太阳的距离约为23000光年。银盘的上和下为一球形区域(称为球状成分),其中充斥着球状星团和其他年龄很大的天体。例如贫重元素的矮星。银河系的外围一直到可见的边缘,为一个巨大的大质量银晕。它的成分、形状和延伸大小尚不十分清楚。整体银河系统绕银心自转,但不同组成部分的天体并不以相同的速度公转。距银心远的天体比距银心近的天体速度慢。距银心相当远的太阳以一个近似圆形公转轨道绕银心的运动,速度估计为225公里/秒。由于太阳的公转速度较慢。

地球所在的太阳系处于银河系中,在地球上看银河会发现横跨星空的一条乳白色亮带,这就是银河系主体在天球上的投影。中国古代又称为银汉。在北半天,银河从天鹰座先向西北,经过天箭座、狐狸座、天鹅座、仙王座、仙后座,再折向东南,穿过英仙座、御夫座、金牛座、双子座、猎户座、纵贯天球赤道上的麒麟座,进入南半天的大犬座、船尾座、船帆座,又折向西北,横过船底座、南十字座、半人马座、圆规座、矩尺座、天蝎座、人马座和盾牌座。银河经过23个星座,周天一圈后又回到天鹰座。用望远镜观察,可以看见银河是由为数众多的恒星和星云组成的。星云有亮有暗。亮星云密集处使银河增亮,例如,盾牌座、人马座一带的亮区。暗星云则表现为银河上的暗区,例如,天鹰座以南的“大分叉”和南十字座附近的“煤袋”。银河在星空勾画出轮廓不很规则、宽窄不很一致的带,叫作银道带。银道带最宽处达30°,最窄处也超过10°。

发现历程编辑本段回目录

 银河系
美丽的银河系

银河系是地球和太阳所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被中国称为银河而得名。银河系约有2000多亿个恒星。银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘,整个圆盘的直径约为10万光年,太阳位于据银河中心3.3万光年处。鼓起处为银心是恒心密集区,故望去白茫茫的一片。银河系俯视像一个巨大的漩涡这个漩涡有四个宣臂组成。太阳系位于其中一个旋臂(猎户座臂),逆时针旋转(太阳绕银心旋转一周需要2.5亿万年)。

银河系呈旋涡状,有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。从远处看,银河系像一个体育锻炼用的大铁饼,大铁饼的直径有10万光年,相当于9460800000万万公里。中间最厚的部分约3000~6500光年。太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上,距离银河系中心约3.3万光年。

银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明后,伽利略首先用望远镜观测银河,发现银河由恒星组成。而后,T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为,银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。18世纪后期,F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测,以确定恒星系统的结构和大小,他断言恒星系统呈扁盘状,太阳离盘中心不远。他去世后,其子J.F.赫歇尔继承父业,继续进行深入研究,把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初,天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离,结合恒星计数,得出了一个银河系模型。在这个模型里,太阳居中,银河系呈圆盘状,直径8千秒差距,厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系,测定球状星团的距离,从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是:银河系是一个透镜状的恒星系统,太阳不在中心。沙普利得出,银河系直径80千秒差距,太阳离银心20千秒差距。这些数值太大,因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代,银河系自转被发现以后,沙普利的银河系模型得到公认。

银河系是一个巨型旋涡星系,Sb型,共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转,太阳处自转速度约220千米/秒,太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为-20.5等,银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍,大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄,目前占主流的观点认为,银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了,用这种方法计算出,我们银河系的年龄大概 在145亿岁左右,上下误差各有20多亿年。而界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前。

主要特征编辑本段回目录

 银河系
星团

银河系是太阳系所在的恒星系统,包括一二千亿颗恒星和大量的星团、星云,还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它 的总质量是太阳质量的1400亿倍。在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内,扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“核球”,半径约为7千光年。核球的中部叫“银核”,四周叫“银盘”。在银盘外面有一个更大的球形,那里星少,密度小,称为“银晕”,直径为7万光年。银河系是一个旋涡星系,具有旋涡结构,即有一个银心和两个旋臂,旋臂相距4500光年。其各部分的旋转速度和周期,因距银心的远近而不同。太阳距银心约2.3万光年,以250千米/秒的速度绕银心运转,运转的周期约为2.5亿年。

银河系物质约90%集中在恒星内  。恒星的种类繁多。按照恒星的物理性质、化学组成、空间分布和运动特征,恒星可以分为5个星族。最年轻的极端星族Ⅰ恒星主要分布在银盘里的旋臂上;最年老的极端星族Ⅱ恒星则主要分布在银晕里。恒星常聚集成团。除了大量的双星外,银河系里已发现了1000多个星团。银河系里还有气体和尘埃,其含量约占银河系总质量的10%,气体和尘埃的分布不均匀,有的聚集为星云,有的则散布在星际空间。20世纪60年代以来,发现了大量的星际分子,如CO、H2O等 。分子云是恒星形成的主要场所。银河系核心部分,即银心或银核,是一个很特别的地方。它发出很强的射电、红外,X射线和γ射线辐射。其性质尚不清楚,那里可能有一个巨型黑洞,据估计其质量可能达到太阳质量的几千万倍。对于银河系的起源和演化,知之尚少。

1971年英国天文学家林登·贝尔和马丁·内斯分析了银河系中心区的红外观测和其他性质,指出银河系中心的能源应是一个黑洞,并预言如果他们的假说正确,在银河系中心应可观测到一个尺度很小的发出射电辐射的源,并且这种辐射的性质应与人们在地面同步加速器中观测到的辐射性质一样。三年以后,这样的一个源果然被发现了,这就是人马A。

人马A有极小的尺度,只相当于普通恒星的大小,发出的射电辐射强度为2*10(34次方)尔格/秒,它位于银河系动力学中心的0.2光年之内。它的周围有速度高达300公里/秒的运动电离气体,也有很强的红外辐射源。已知所有的恒星级天体的活动都无法解释人马A的奇异特性。因此,人马A似乎是大质量黑洞的最佳候选者。但是由于目前对大质量的黑洞还没有结论性的证据,所以天文学家们谨慎地避免用结论性的语言提到大质量的黑洞。我们的银河系大约包含两千亿颗星 体,其中恒星大约一千多亿颗,太阳就是其中典型的一颗。银河系是一个相当大的螺旋状星系,它有三个主要组成部分:包含旋臂的银盘,中央突起的银心和晕轮部分。

螺旋星系M83,它的大小和形状都很类似于我们的银河系。银盘外面是由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体,称为银晕,直径约10万光年。

依据欧洲南天天文台(ESO)的研究报告,估计银河系的年龄约为136亿岁(109年),几乎与宇宙一样老。 由天文学家Luca Pasquini, Piercarlo Bonifacio, Sofia Randich, Daniele Galli, and

 银河系
猎户座大星云

Raffaele G. Gratton.所组成的团队在2004年使用甚大望远镜(VLT)的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究,首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进了2至3亿年,因而估计球状星团的年龄在134±8亿岁,因此银河系的年龄不会低于136±8亿岁。

银河系有4条旋臂,分别是人马臂,猎户臂,英仙臂,3000秒差距臂。太阳位于猎户臂内侧。旋臂主要由星际物质构成。银河系也有自转。太阳系以每秒250千米速度围绕银河中心旋转,旋转一周约2.2亿年。银河系有两个伴星系:大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。与银河系相对的称之为河外星系。

一般认为,银河系中的恒星多为双星或聚星。而2006年新的发现认为,银河系的主序星中2/3都是单星。

结构特点编辑本段回目录

 银河系
银河系结构

银河系的总体结构是:银河系物质的主要部分组成一个薄薄的圆盘,叫做银盘,银盘中心隆起的近似于球形的部分叫核 球。在核球区域恒星高度密集,其中心有一个很小的致密区,称银核。银盘外面是一个范围更大、近于球状分布的系统,其中物质密度比银盘中低得多,叫作银晕。银晕外面还有银冕,它的物质分布大致也呈球形。

观测到的银河旋臂结构2005年,银河系被发现以哈柏分类来区分应该是一个巨大的棒旋星系SBc(旋臂宽松的棒旋星系),总质量大约是太阳质量的6,000亿至30,000亿倍。有大约1,000亿颗恒星。

从80年代开始,天文学家才怀疑银河是一个棒旋星系而不是一个普通的螺旋星系。2005年,斯必泽空间望远镜证实了这项怀疑,还确认了在银河的核心的棒状结构与预期的还大。

银河的盘面估计直径为100,000光年,太阳至银河中心的距离大约是26,000光年,盘面在中心向外凸起。
银河的中心有巨大的质量和紧密的结构,因此强烈怀疑它有超重质量黑洞,因为已经有许多星系被相信有超重质量黑洞在核心。就像许多典型的星系一样,环绕银河系中心的天体,在轨道上的速度并不由与中心的距离和银河质量的分布来决定。在离开了核心凸起或是在外围,恒星的典型速度是每秒钟210~240公里之间。因此这星恒星绕行银河的周期只与轨道的长度有关,这与太阳系不同,在太阳系,距离不同就有不同的轨道速度对应著。

银河的棒状结构长约27,000光年,以44±10度的角度横亘在太阳与银河中心之间,他主要由红色的恒星组成,相信都是年老的恒星。被观察到与推论的银河旋臂结构每一条旋臂都给予一个数字对应(像所有旋涡星系的旋臂),大约可以分出12段。相信有四条主要的旋臂起源自银河的核心,它们的名称如下:

2 and 8 - 3kpc 和 英仙臂
3 and 7 - 距尺臂 和 天鹅臂 (与最近发现的延伸在一起 - 6)
4 and 10 - 南十字座 和 盾牌臂
5 and 9 - 船底座 和 人马臂

至少还有两个小旋臂或分支,包括:
11 - 猎户臂 (包含太阳和太阳系在内 - 12)

在主要的旋臂外侧是外环或称为麒麟座环,这是天文学家布赖恩·颜尼 (Brian Yanny)和韩第·周·纽柏格(Heidi Jo Newberg)提出,是环绕在银河系外由恒星组成的环,其中包括在数十亿年前与其他星系作用诞生的恒星和气体。

银河的盘面被一个球状的银晕包围著,估计直径在250,000至400,000光年。.由于盘面上的气体和尘埃会吸收部份波长的电磁波,所以银晕的组成结构还不清楚。盘面(特别是旋臂)是恒星诞生的活耀区域,但是银晕中没有这些活动,疏散星团也主要出现在盘面上。

 银河系
银盘

银河中大部分的质量是暗物质,形成的暗银晕估计有6,000亿至3兆个太阳质量,以银河为中心被聚集著。

新的发现使我们对银河结构与维度的认识有所增加,比早先经由仙女座星系(M31)的盘面所获得的更多。最近新发现的证据,证实外环是由天鹅臂延伸出去的,明确的支持银河盘面向外延伸的可能性。人马座矮椭球星系的发现,与在环绕著银极的轨道上的星系碎片,说明了他因为与银河的交互作用而被扯碎。同样的,大犬座矮星系也因为与银河的交互作用,使得残骸在盘面上环绕著银河。

在2006年1月9日, Mario Juric和普林斯顿大学的一些人宣布,史隆数位巡天在北半球的天空中发现一片巨大的云气结构(横跨约5,000个满月大小的区域)位在银河之内,但似乎不合于目前所有的银河模型。他将一些恒星汇聚在垂直于旋臂所在盘面的垂在线,可能的解释是小的矮星系与银河合并的结果。这个结构位于室女座的方向上,距离约30,000光年,暂时被称为室女恒星喷流。

在2006年5月9日, Daniel Zucker 和 Vasily Belokurov宣布史隆数位巡天在猎犬座和牧夫座又发现了两个矮星系。

(1)银盘

银盘(Galactic disk):在旋涡星系中,由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘。

银河系的物质密集部分组成一个圆盘,称为银盘。银盘中心隆起的球状部分称核球。核球中心有一个很小的致密区,称银核。银盘外面范围更大、近于球状分布的系统,称为银晕,其中的物质密度比银盘的低得多。银晕外面还有物质密度更低的部分,称银冕,也大致呈球形。银盘直径约25千秒差距,厚1~2秒差距,自中心向边缘逐渐变薄,太阳位于银盘内,离银心约8.5千秒差距,在银道面以北约8秒差距处 。银盘内有旋臂,这是气体、尘埃和年轻恒星集中的地方。银盘主要由星族Ⅰ天体组成,如G~K型主序星、巨星、新星 、行星状星云、天琴RR变星、长周期变星、半规则变星等。核球是银河系中心恒星密集的区域 ,近似于球形 ,直径约4千秒差距,结构复杂。核球主要由星族Ⅱ天体组成,也有少量星族Ⅰ天体 。核球的中心部分是 银 核 。它发出很强的射电、红外、X射线和γ射线 。其性质尚不清楚 ,可能包含一个黑洞。银晕主要由晕星族天体,如亚矮星、贫金属星、球状星团等组成,没有年轻的O、B型星,有少量气体。银晕中物质密度远低于银盘。银晕长轴直径约30千秒差距 ,年龄约1010年,质量还不十分清楚。在银晕的恒星分布区以外的银冕是一个大致呈球形的射电辐射区,其性质了解得甚少。

1785 年, F.W.赫歇尔第一个研究了银河系结构 。他用恒星计数方法得出银河系恒星分布为扁盘状、太阳位于盘面中心的结论。1918年,H.沙普利研究球状星团的空间分布 ,建立了银河系透镜形模型,太阳不在中心。到了20世纪20年代,沙普利模型得到公认。但由于未计入星际消光,沙普利模型的数值不准确 。研究银 河系结构传统上是用光学方法,但光学方法有一定的局限性。近几十年来发展起来的射电方法和红外技术成为研究银河系结构的强有力的工具。在沙普利模型的基础上,对银河系的结构已有了较深刻的了解。

银盘是银河系的主要组成部分,在银河系中可探测到的物质中,有九成都在银盘范围以内。银盘外形如薄透镜,以轴对称形式分布于银心周围,其中心厚度约1万光年,不过这是微微凸起的核球的厚度,银盘本身的厚度只有2000光年,直径近10万光年,可见总体上说银盘非常薄。

 银河系
银心

除了1000秒差距范围内的银核绕银心作刚体转动外,银盘的其他部分都绕银心作较差转动,即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式存在,占银河系总质量不到10%的星际物质,绝大部分也散布在银盘内。星际物质中,除含有电离氢、分子氢及多种星际分子外,还有10%的星际尘埃,这些直径在1微米左右的固态微粒是造成星际消光的主要原因,它们大都集中在银道面附近。

由于太阳位于银盘内,所以我们不容易认识银盘的起初面貌。为了探明银盘的结构,根据本世纪40年代巴德和梅奥尔对旋涡星系M31(仙女座大星云)旋臂的研究得出旋臂天体的主要类型,进而在银河系内普查这几类天体,发现了太阳附近的三段平行臂。由于星际消光作用,光学观测无法得出银盘的总体面貌。有证据表明,旋臂是星际气体集结的场所,因而对星际气体的探测就能显示出旋臂结构,而星际气体的21厘米射电谱线不受星际尘埃阻挡,几乎可达整个银河系。光学与射电观测结果都表明,银盘确实具有旋涡结构。

(2)银心

星系的中心凸出部分,是一个很亮的球状,直径约为两万光年,厚一万光年,这个区域由高密度的恒 星组成,主要是年龄大约在一百亿年以上老年的红色恒星,很多证据表明,在中心区域存在着一个巨大的黑洞,星系核的活动十分剧烈。银河系的中心﹐即银河系的自转轴与银道面的交点。

银心在人马座方向﹐1950年历元坐标为:赤经174229,赤纬 -28°5918。银心除作为一个几何点外﹐它的另一含义是指银河系的中心区域。太阳距银心约10千秒差距,位于银道面以北约8秒差距。银心与太阳系之间充斥著大量的星际尘埃﹐所以在北半球用光学望远镜难以在可见光波段看到银心。射电天文和红外观测技术兴起以后﹐人们才能透过星际尘埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探测到银心的信息。中性氢21厘米谱线的观测揭示﹐在距银心4千秒差距处o有氢流膨胀臂﹐即所谓“三千秒差距臂”(最初将距离误定为3千秒差距,后虽订正为 4千秒差距﹐但仍沿用旧名)。大约有 1﹐000万个太阳质量的中性氢﹐以每秒53公里的速度涌向太阳系方向。在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以每秒135公里的速度离银心而去。它们应是1,000万至1,500万年前﹐以不对称方式从银心抛射出来的。在距银心 300秒差距的天区内﹐有一个绕银心快速旋转的氢气盘,以每秒70~140公里的速度向外膨胀。盘内有平均直径为 30秒差距的氢分子云。

在距银心70秒差距处﹐则有激烈扰动的电离氢区,也以高速向外扩张。现已得知﹐不仅大量气体从银心外涌﹐而且银心处还有一强射电源﹐即人马座A﹐它发出强烈的同步加速辐射。甚长基线干涉仪的探测表明﹐银心射电源的中心区很小﹐甚至小于10个天文单位﹐即不大于木星绕太阳的轨道。12.8微米的红外观测资料指出﹐直径为1秒差距的银核所拥有的质量﹐相当于几百万个太阳质量﹐其中约有100万个太阳质量是以恒星形式出现的。腥巳衔?o银心区有一个大质量致密核﹐或许是一个黑洞。流入致密核心吸积盘的相对论性电子﹐在强磁场中加速﹐于是产生同步加速辐射。银心气体的运动状态﹑银心强射电源以及有强烈核心活动的特殊星系(如塞佛特星系)的存在﹐使我们认为﹕在星系包括银河系的演化史上﹐曾有过核心激扰活动﹐这种活动至今尚未停息。

(3)银晕

 银河系
银晕

银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内,银晕直径约为九万八千光年,这里恒星的密度很低,分布着一些由老年恒星组成的球状星团,有人认为,在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区,称为银冕,银冕至少延伸到距银心一百千秒差距或三十二万光年远。

银河系是一个透镜形的系统,直径约为25千秒差距,厚约为1~2千秒差距。它的主体称为银盘。高光度星、银河星团和银河星云组成旋涡结构迭加在银盘上。银河系中心为一大质量核球,长轴长4~5千秒差距,厚4千秒差距。银河系为直径约30千秒差距的银晕笼罩。银晕中最亮的成员是球状星团。银河系的质量为1.4×1011太阳质量,其中恒星约占90%,气体和尘埃组成的星际物质约占10%。 银河系整体作较差自转。太阳在银道面以北约8秒差距处距银心约10千秒差距,以每秒250公里速度绕银心运转,2.5亿年转一周。太阳附近物质(恒 星和星际物质)的总密度约为0.13太阳质量/秒差距3或 8.8×10-24克/厘米3。银河系是一个Sb或Sc型旋涡星系, 拥有一、二千亿颗恒星,为本星系群中除仙女星系外最大的巨星系。它的视绝对星等为Mv=-20.5。它以 1010年 的时间尺度演化。

(4)银河宇宙线

银河宇宙线(galactic cosmic rays)是指来自银河系的高能粒子,这些粒子在进入地球磁场 控制的区域之前称为初始 宇宙线。通常初始宇宙线的强度变化很小,只在太阳活动非常剧烈的时候,太阳风暴经过的区域银河宇宙线的强度才会出现大幅度的下降。从长时间看,银河宇宙线强度受太阳活动的影响有 5 年左右和 11 年左右的周期。在太阳活动高年,银河宇宙线的强度最低,在太阳活动低年,银河宇宙线的强度最高,即太阳活动的周期 与银河宇宙线强度的周期几乎是反相的。

银河宇宙线的化学组成与太阳的化学组成非常相似。但例外的是轻元素(Li、 Be、B)和周期表中在Fe以前的元素丰度特别高,这是银河宇宙线中的元素(C、N、O)和Fe与星际气体相互作用,发生核反应的结果。

 银河系
银河宇宙线

银河宇宙线中C、N、O、Mg、Si、 Fe的同位素丰度与太阳系中的丰度是一致的。但是(Ne/(Ne是例外,其值为0.49,约为太阳系的值的4倍。(Ne是C、N、O、 He的核燃烧产物,而(Ne像太阳系那样是碳核燃烧的产物。银河宇宙线中(Ne比较丰富,说明它的来源可能是超新星爆发的产物。
 
银河宇宙线能量超过 1010电子伏的宇宙线,绝大部分起源于银河系。在中、低纬度地面观测到的宇宙线,主要也是银河宇宙线及其与大气相互作用产生的次级宇宙线。

化学组成  宇宙线的主要核成分是氢和氦(见宇宙线化学)。动能在2.4×109电子伏以上的粒子中,氢和氦分别占94%和5.5%,其他元素只占0.5%。这种成分比例常称为宇宙线元素丰度。

银河宇宙线的化学组成与太阳的化学组成非常相似(见宇宙线化学)。但例外的是轻元素(Li、 Be、B)和周期表中在Fe以前的元素丰度特别高,这是银河宇宙线中的元素(C、N、O)和Fe与星际气体相互作用,发生核反应的结果。

银河宇宙线中C、N、O、Mg、Si、 Fe的同位素丰度与太阳系中的丰度是一致的。但是22Ne/20Ne是例外,其值为0.49,约为太阳系的值的4倍。22Ne是C、N、O、 He的核燃烧产物,而 20Ne像太阳系那样是碳核燃烧的产物。银河宇宙线中22Ne比较丰富,说明它的来源可能是超新星爆发的。

研究概论编辑本段回目录

 银河系
美国天文学家沙普利

(1)古代探索史

虽然从非常久远的古代,人们就认识了银河系。但是对银河系的真正认识还是从近代开始的。1750年,英国天文学家赖特(Wright Thomas)认为银河系是扁平的。1755年,德国哲学家康德提出了恒星和银河之间可能会组成一个巨大的天体系统;随后的德国数学家郎伯特(Lambert Johann heinrich)也提出了类似的假设。到1785年,英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体,并认为太阳系位于银河的中心。

1918年,美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)经过4年的观测,提出太阳系应该位于银河系的边缘。1926年,瑞典天文学家林得布拉德(Lindblad Bertil)分析出银河系也在自转。

(2)近代研究

十八世纪中叶人们已意识到,除行星、 月球等太阳系天体外,满天星斗都是远方的“太阳”。 赖特、康德和朗伯特最 先认为,很可能是全部恒星集合 成了一个空间上有限的巨大系统。

第一个通过观测研究恒星系统本原的是F.W.赫歇耳。 他用自己磨制的反射望远镜,计数了若干天区内的。 1785年,他根据恒星计数的统计研究,绘制了一幅扁而 平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图。他用50 厘米和120厘米口径望远镜观测,发现望远镜贯穿本领增 加时,观察到的暗星也增多,但是仍然看不到银河系的边缘。F.W.赫歇耳意识到,银河系远

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太阳系探索

比他最初估计的为大。F.W.赫歇耳死后,其子J.F.赫歇耳继承父业,将恒星计数工作范围扩展到南半天。十九世纪中叶,开始测定恒星的距离,并编制全天星图。1906年,卡普坦为了重新研究恒星世界的结构,提出了“选择星区”计划,后 人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与F.W.赫歇耳的类似的模型,也是一个扁平系统,太阳居中,中心的恒星密集,边缘稀疏。沙普利在完全不同的基础上,探讨银河系的大小和形状。他利用1908~1912年勒维特发现的麦哲伦云中造父变星的周光关系,测定了当时已发现有造父变星的球状星团的距离。在假设没有明显星际消光的前提下,于1918年建立了银河系透镜形模型,太阳不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应,沙普利把银河系估计过大。到1930年,特朗普勒证实星际物质存在后,这一偏差才得到纠正。

银河系物质约90%集中在恒星内。1905年,赫茨普龙发现恒星有巨星和矮星之分。1913年,赫罗图 问世后,按照光谱型和光度两个参量,得知除主序星外,还有超巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。 1944年,巴德通过仙女星系的观测,判明恒星可划分为 星族Ⅰ和星族Ⅱ两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金属的天体,分布在旋臂上,与星际物质成协。星族Ⅱ是 年老而贫金属的天体,没有向银道面集聚的趋向。1957年,根据金属含量、年龄、空间分 布和运动特征,进而将两个星族细分为中介星族Ⅰ、旋臂星族(极端星族Ⅰ)、 盘星族、中介星族Ⅱ和晕星族(极端星族Ⅱ)。

恒星成双、成群和成团是普遍现象。在太阳附近25 秒差距以内,以单星形式存在的恒星不到总数之半。迄 今已观测到球状星团132个,银河星团1,000多个,还有为 数不少的星协。据统计推论,应当有18,000个银河星团 和500个球状星团。二十世纪初,巴纳德用照相观测,发现了大量的亮星云和暗星云。1904年,恒星光谱中电离钙谱线的发现,揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究,证认出星云中的气体和尘埃成分。近年来通 过红外波段的探测发现在暗星云密集区有正在形成的恒 星。射电天文学诞生后,利用中性氢21厘 米谱线勾画出银河系旋涡结构。根据电离氢区的描绘, 发现太阳附近有三条旋臂:人马臂、猎户臂和英仙臂;太阳位于猎户臂的内侧。此外,在银心方向还发现了一条3千秒差距臂。旋臂间的距离约1.6千秒差距。1963年,用 射电天文方法观测到星际分子OH,这是自从1937~1941年间,在光学波段证认出星际分子CH、CN和CH+以来的重 大突破。到1979年底,发现的星际分子已超过50种。

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太阳系探索

银河系的起源这一重大课题目前还了解得很差。这不仅要研究一般星系的起源和演化,还必 须研究宇宙学。按大爆炸宇宙学假说,我们观测到的全部星系都是1010年前高密态原始物质因密度发生起伏,出 现引力不稳定和不断膨胀,逐步形成原星系,并演化为 包括银河系在内的星系团的。而稳恒态宇宙模型假说则 认为,星系是在高密态的原星系核心区连续形成的。

银河系演化的研究近年来才有一些成就。关于太阳附近老年恒星空间运动的资料表明,在原银河星云的坍缩过程中,最早诞生的是晕星族,它们的年龄是100多亿年,化学成分是氢约占73%,氦约占27%。而大部分气体物质集聚为银盘,并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代 发展起来的密度波理论,很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。

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M104-草帽星系

(1)周边星系

NGC 7331经常被视为"银河的双胞胎",从银河系之外回顾我们的银河或许就是这个样子。银河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,这个群总共约有50个星系,而本地群又是室女座超星系团的一份子。

银河被一些本星系群中的矮星系环绕著,其中最大的是直径达21,000光年的大麦哲伦云,最小的是船底座矮星系、天龙座矮星系和狮子II矮星系,直径都只有500光年。其他环绕著银河系的还有小麦哲伦云,最靠近的是大犬座矮星系,然后是人马座矮椭圆星系、小熊座矮星系、玉夫座矮星系、六分仪座矮星系、天炉座矮星系和狮子I矮星系。

在2006年1月,研究人员的报告指出,过去发现银河的盘面有不明原因的倾斜,现在已经发现是环绕银河的大小麦哲伦云的扰动所造成的涟漪。是在她们穿过银河系的边缘时,导致了某些频率的震动所造成的。这两个星系的质量大约是银河的2%,被认为不足以影响到银河。但是加入了暗物质的考量,这两个星系的运动就足以对较大的银河造成影响。在加入暗物质之后的计算结果,对银河的影响增加了20倍,这个计算的结果是根据麻萨诸塞州大学阿默斯特分校马丁·温伯格的电脑模型完成的。在他的模型中,暗物质的分布从银河的盘面一直分布到已知的所有层面中,结果模型预测当麦哲伦星系通过银河时,重力的冲击会被放大。

(2)穿过空间的速度

一般而言,根据爱因斯坦的狭义相对论,任何物体通过空间时的绝对速度是没有意义的,因为在太空中没有合适的惯性参考系统, 可以作为测量银河速度的依据(运动的速度, 总是需要与另一个物体比较才能量度)。

因为各向宇宙微波背景辐射非常的均匀,只有万分之几的起伏。所以就让乔治·斯穆特想到了一个方法, 就是测量宇宙微波背景辐射有没有偶极异向性。

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M31-仙女座大星系

在1977年,美国劳伦斯伯克莱国立实验室的乔治·斯穆特等人,将微波探测器安装在U-2侦察机上面,确切地测到了宇宙微波背景辐射的偶极异向性,大小为3.5±0.6 mK,换算后,太阳系在宇宙中的运动速度约为390±60 km/s,但这个速度,与太阳系绕行银河系核的速度220 km/s 方向相反,这代表银河系核在宇宙中的速度, 约为600 多km/s。

有鉴于此,许多天文学家相信银河以每秒600公里的速度相对于邻近被观测到的星系在运动,大部份的估计值都在每秒130~1,000 公里之间。如果银河的确以每秒600公里的速度在运动,我们每天就会移动5,184万公里,或是每年189 亿公里。相较于太阳系内,每年移动的距离是地球与冥王星最接近时距离的4.5倍。银河在空间中运动的方向是指向长蛇座的方向。

(3)神话

世界各地有许多创造天地的神话围绕著银河系发展出来。很特别的是,在希腊就有两个相似的希腊神话故事在解释银河是怎么来的。有些神话将银河和星座结合在一起,认为成群牛只的乳液将深蓝色的天空染白了。在东亚,人们相信在天空中群星间的雾状带是银色的河流,也就是我们所说的天河。

Akashaganga是印度人给银河的名称,意思是天上的恒河。

依据希腊神话,银河是赫拉在发现宙斯以欺骗的手法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯因而溅洒在天空中的奶汁。另一种说法则是赫耳墨斯偷偷的将赫尔克里斯带去奥林匹斯山,趁著赫拉沉睡时偷吸他的奶汁,而有一些奶汁被射入天空,于是形成了银河。

在芬兰神话中,银河被称为鸟的小径,因为它们注意到候鸟在向南方迁徙时,是靠著银河来指引的,它们也认为银河才是鸟真正的居所。现在,科学家已经证实了这项观测是正确的,候鸟确实在依靠银河来引导,在冬天才能到温暖的南方陆地居住。即使在今天,芬兰语中的银河依然使用Linnunrata这个字。

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牛郎织女

在瑞典,银河系被认为是冬天之路,因为在斯堪的纳维亚地区,冬天的银河是一年中最容易被看见的。

古代的亚美尼亚神话称银河系为麦秆贼之路,叙述有一位神祇在偷窃麦秆之后,企图用一辆木制的运货车逃离天堂,但在路途中掉落了一些麦秆。

(4)银河的未来

目前的观测认为仙女座星系(M31)正以每秒300公里的速度朝向银河系运动,在30-40亿年可能会撞上银河系。但即始真的的发生碰撞,太阳以及其他的恒星也不会互相碰撞,但是这两个星系可能会花上数十亿年的时间合并成椭圆星系。

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展望宇宙

那么现代生活里头,我们生活在城市里的人已经很少能够欣赏到银河的美景了,因为城市里头,实际上看到的是灯河而 不是星河。现在看星河必须到郊区去、或者到一些山区去,那么就看得非常好了。那么我现在给大家看一张图,这张图就是牛郎织女隔河相望的图,那么这条“河”是什么“河”呢?这条“河”就是银河。只要有牛郎织女这个故事的存在,那么就是有银河的认识。所以这样的话,我们就要提一个问题,说究竟牛郎织女这个故事在中国它发生在什么时代呢?什么时候我们中国人就已经知道天上有这么一条河,或者明确地表达出来说这是一条银河呢?

我想至少可以追溯到西周时代,也就是三千多年以前吧。为什么这么说呢?因为在《诗经》里头有一首诗叫《大东》,它是这么讲的:“跂彼织女,终日七襄。虽则七襄,不成报章。皖彼牵牛,不以服箱。”我用现代汉语把这首诗表达出来是什么意思呢?就是说,在天上的织女每天需要差不多14个小时在天空中运行。就是说我们如果是从织女星开始出来,一直到它落下地平线大概需要14个小时。那么过去我们叫七个时辰。在这么长的时间内,织女在天上运行,但是她没有织成一匹布。这首诗产生的时代是在西周时代,而且说河对岸的那个牛郎给她拿着箱子,但是箱子里头是空的。为什么呢?因为织女没有织出布来。在不同民族的国家里头,对银河都有一些不同的想像,比方说在西方,银河叫milk way,什么意思?就是奶路,就是由奶铺成的路。我们看到银河是一条发白颜色的这么一个光带,那么这个光带呢,被想像成奶流出来的一条路。但是milk way叫银河,这是希腊神话里头,就是它的主神宙斯的妻子赫拉,她的孩子把她的乳房抓破了,所以这个奶就流到天上去了。不同民族有不同的想像,但是中国人的想像最浪漫,最有诗情画意。我们牛郎织女隔着一条河,而且每年在七月初七的时候,牛郎织女要通过鹊桥来相会。

但实际上从天文学上来讲的话,他们俩相聚要16光年,实际上讲相聚还是很困难的。那么关于牛郎织女这个星空呢,我们可以看到在夏季的星空里头,在天空有一道很亮的光带。在这个光带里头,这儿有一个织女星,在河的对岸有一个牛郎星。这就是他们隔着河,但是这条河在夏季看得非常明显。那么对于这样一条银河,它究竟本质上是什么东西呢?什么时候才揭开这个谜呢?这是要等到1610年的时候,就是伽利略发明了望远镜,他用他的望远镜第一次指向天空的时候,他就把它指向了银河。这条银河大家已经想像很多年了,那么现在伽利略把望远镜指向它的时候,发现这条“奶路”原来是星河,就是非常密集的恒星所组成的这么一条河。所以第一次揭开银河之谜的呢?应该讲是用望远镜揭开的,是伽利略所做的工作。这个工作距离我们刚才说牛郎织女这个传说已经过了两千年了。但是伽利略发现了这个星河以后,就此停步了。伽利略以后真正关心这个银河系的人应该是赫歇耳,赫歇耳本来是一个音乐家,他是一个合唱团的指挥,同时也还作曲,但是他的业余爱好是天文学。实际上后来的发展变成什么?他主要的工作是天文学,音乐成了他的业余爱好。赫歇耳在1785年左右,他要关注一下,伽利略所看到的这个银河到底是怎么回事情?那么他把它作为一个研究的目标。那么在赫歇耳之前,也还有一些别的人想过,这个银河到底是怎么回事情?我们现在这些人,我们在看到这条银河的时候,你有没有想过说是我能把它想像成什么?确实不是很容易,你得好好想一想。说怎么就会形成这么一条银河呢?那么在此之前英国有一个天文学家叫赖特,他想了一下,他想像这个宇宙是一个球,在球上这个星风是不均匀的。就是在球上的一条带上,恒星比较聚集,而球的中间,就是我们地球。那么这样大家可以想像,从地球看上去,你看到球上面就有一条星带,所以在不同季节你都可以看到这条银河,这样的话他构造出这么一个宇宙来,这是在1750年他发表了这么一篇论文。

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展望宇宙

但是5年以后有一个哲学家叫康德,康德他不同意赖特这个观点。他另外有一个想法,他说如果这个行星组成这么一个系统,就好像咱们现在扔的铁饼形状,大家可以想像,如果我们处在铁饼中心的话,你向着铁饼盘面的方向看,那么这个上面的恒星就应该很密集。如果你向着铁饼饼面的上方和下方看的话,那么星就应该少,这个是可以想出来的。所以康德他不同意银河系是一个圆球状分布的一个带,而是像铁饼形状这么一个带。但是他毕竟是一个哲学家的思考,哲学家思考他是要靠推理的,这个推理非常有道理。那么赫歇耳他就要来分析他们谁说得对,那么赫歇耳的工作,他跟哲学家做的工作不一样。哲学家靠推理,天文学家要靠观测,而且这个观测做得非常笨。什么意思呢?他得在天上数星星,我们知道城市里头灯光这么多,我们看不见几颗星,大家如果数星星的话,我能数得见。如果说你到了一个很黑暗的地方,那个星星你就数不清了。为什么?太多了!那么赫歇耳的工作是用望远镜来数星星,大家知道在望远镜里头看到的星星太多太多,那么赫歇耳数了多少呢?17万多颗星,真是一个非常辛苦的工作。他做了很多年,怎么做呢?他把天空划分为三百多个区,他在这三百多个区里头,每一个区他来数这个区有多少星。这个区是被四周围围着,就是四个方向都有,各个方向都有。那么这样计算出来以后他就可以构建一个银河系的模型,这个时候经过这么辛勤的工作,那么赫歇耳构造出银河系的模型,这个银河系的模型,就是高度跟宽度的比,应该是四比一这么一个比例。也就是说长的方向是四的话,厚度的方向就是一,四比一这么一个银河系。在这个银河系的太阳,是在银河系中心的附近。到了1785年这样一个时候,真正是从银河,就是从河流这个概念变成了一个系,就是恒星所组成的一个系统。那么这个系统就是我们今天所要给大家讲的,就是银河系其实认识的过程是挺不容易的,我们从想像一个美丽的传说到真正变成一个恒星的系统,中间几乎经过两千多年,我们才走到这一步。

我们认识银河系其实是比较困难的,为什么呢?我用了一句话借用苏轼的诗,我们“难识银河真面目,只缘身在此河中。”因为我们自己在银河系里头,我们来认识这个银河系是很困难的。我打一个比方,比方说我们自己是一个智能的红细胞,我们在身体里头可以随着血液去循环,我们这个智能的红细胞,我们可以认识自己的器官。但是你要问它,说这个人到底是什么样?它说不出来,因为它在人的身体里头。我们现在认识银河系的困难也在这儿,我们自己在里头,我们不知道它什么形状?那么现在这张图就是我们看到的河外星系,其他的星系。它是一个漩涡状的,那么我们就可以来反推自己的银河系是一个漩涡状的星系。这个旋涡状星系它有多大呢?直径大概是13万光年,太阳距离银河系的中心是两万七千光年。那么银河系呢,它的主要结构就是说有一个核心,叫做银心。那么这个核球以外有一个银盘,也就是刚才我们说的这个盘面的结构,这个银盘有13万光年直径。然后,外围是叫银晕。

那么银河系它是有旋臂的,什么叫旋臂?银河系的核心,这个盘的结构不是像铁饼那么一个板块,而是什么呢?就是里头是漩涡的,这种漩涡结构,大家可以想到如果我们自己在银河系里头你要想看到旋臂的话,那是非常困难的,大家现在晚上看到银河,你要想把看到的这个银河想像成一个恒星的系统这已经是比较困难了。如果你还想在这个里头找到旋臂的话,那就更困难了。为什么呢?因为我们的银河系里头还有暗的物质,看不见。它挡住你的光,所以你看不见。你看不见的话,这时候你要想认识后面的星,就很困难。但是难不住天文学家,还是有很多很聪明的天文学家,他们怎么办呢?他们在别的星系里头,就是离开我们银河系,我们看到了别的星系。在别的星系里头也有这样的漩涡星系,那么这个漩涡星系它这个旋臂上是一些什么星呢?是一些蓝颜色的很热的星,而这些星只能在旋臂上出现。这些天文学家就受到启发,我观测这个银河系里头这些温度特别高的星,就是发蓝颜色、发白颜色的星。观测的结果呢,找到了旋臂。这是一个美国天文学家叫摩根,找到这个旋臂已经要到1951年以后了。所以我们认识银河系其实是在20世纪才有比较大的进展,就是我们认识到这个旋臂的存在。

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在20世纪50年代还有一个进展,我们要值得提一下,就是我们的射电天文学。射电天文学就是用无线电望远镜,来接收来自天体的无线电波。那么接受无线电波,我们就可以来分析这个天体的情况了。而在这个银河系的旋臂上,它发射一种特别的无线电波,这个波长是21厘米。如果说你能够有一个射电望远镜,你能观测21厘米的这么一个波段的观测的话,那么你就能解开银河系旋臂之谜。那么经过了天文学家的观测,证实光学的观测是对的。于是我们认识到了银河系其实跟别的漩涡星系一样有旋臂。在20世纪20年代,还观测了很多漩涡星系。那么这个时候就提出两个问题来,一个问题是什么呢?说这些漩涡星系是在银河系里头,还是在银河系之外?这是一个问题。第二个问题,说我们观测到的这些漩涡星系,它基本上都不在银河附近,是离开银河比较远的地方。那么这是为什么?天文学家沙普利的解释,说这些星云其实都在银河系里头。但是,美国天文学家柯蒂斯他不是这么认为,他认为这些漩涡星系一定是离开银河系比较远的。于是呢,就重点观测了一个星系叫仙女座星云,那么仙女座星云当时柯蒂斯估计它有五十万光年这么远。五十万光年这么远的话,银河系大小是十万光年左右,那么五十万光年肯定在银河系之外了。但是沙普利不同意,所以这一场辩论,在天文学上叫做伟大的辩论。为什么叫伟大的辩论呢?我们来想,我们刚才讲了,太阳现在已经不在银河系的中心了,现在进一步发现是什么意思呢?其实银河系在众多的星系里头,也是一个很普通的漩涡星系。就是我们在银河系之外,还有很多很多的漩涡星系。所以这样一个结果意味着什么呢?就是说不但太阳不在银河系的中心,而且银河系也绝不是宇宙的中心,宇宙中间存在着很多很多类似于我们银河系的这样一个星系。所以这样讲的话,大家就明白了,就是说我们生存在一个很大的恒星系统里头,这个恒星系统叫做银河系。但是这个银河系其实在宇宙中间还是一个很普通的星系。

那么这个漩涡星系它为什么会有旋臂,那么就是有一种理论认为在银河系里头它有一个密度波。而这个旋臂就生存在密度波密集的时候,就是这个密集的这个波在传到旋臂这个地方的时候,就形成了恒星密集的旋臂。实际上我们现在,太阳,有时候就在旋臂里头,有时候就出去了。那么有没有观测证据呢?我们有观测证据,什么样的观测证据呢?我们知道太阳系中间,有九大行星,那么九大行星中间的空隙里头是什么呢?我们过去讲,说是行星际物质,就是行星际有一些物质。当太阳在银河系的旋臂里头穿梭的时候,我们知道银河系旋臂里头那些物质它就会进入到太阳系。因此我们在太阳系里头,实际上就发现了很多不是太阳系的物质,而是行星际的物质在太阳系里头。而现在就是说,太阳在旋臂里头有时候就是穿进去,有时候穿出来,这个就叫做密度波理论。

有了这个密度波,它可以给我们很好地回答一下为什么会形成这个旋臂?但是这个旋臂,还有非常有意思的事情。是什么呢?就是旋臂是银河系里头新的恒星诞生的摇篮,就是说我们每年银河系都会有新的恒星生成。好像它也是不断地在有新的生成、有老的死去。那么死去的这些老化的星呢,每一百年至少会有一颗星老化,但是新生的星每年大约会有十颗左右在新生。那么这样一些新生的星出现在什么地方呢?就出现在银河的旋臂上,因为什么呢?因为旋臂刚才我们讲了在密度波走到这样的时候,它压缩这些星系的物质,使得恒星的形成成为可能。我们现在呢就是讲到了银河的旋臂,那么银河还有一个要讲的是什么呢?这个银河刚才讲的,说太阳在银河系里头有运动。那么银河系本身自己有没有运动呢?我们天文学家说话需要靠观测,我们需要靠观测事实来说话。

当我们观测恒星的时候,我们会有一些新的发现。就是说观测了很多星,我们测量这个星,它的运动。它在天空横的方向上这种运动我们叫做自行。还有一种运动,是在我们视线方向上的运动。大家可以想,如果一辆汽车跟你的视线方向是一致的,它在运行的时候其实你很难估计它离你多远,或者说它走得多快,你看不出来。就是汽车迎面而来,或者说背向你去的时候,你看不出它走得多快。但是这个纵的方向,就是向着我们视线方向的运行,我们也有办法来观测。什么办法呢?我们常常在外头旅行的人们你有没有这样一个经验,当你坐火车的时候,那么在火车运行的过程中,如果说前方有一列火车跟你迎面而来的时候。大家听到这个声音就是越来越尖锐,就是这个火车的声音越来越尖锐。当这个车 互相离开的时候,你听到声音是越来越钝,也就说在运动的两列车互相听起声音来它的频率会变化。

同样的道理,我们在观测一颗恒星的光的时候,我们把这个光分解成光谱。我们在观测它的光谱的时候发现,这个谱线会有一种运动。它的运动就会表示出来这个光的频率的变化,当这颗星接近我们的时候,它应该是比较尖锐。那么也就是说,它会发蓝颜色,就是更向蓝走一点。如果说它背向我们去的时候,它会钝一点,向红的方向走一点。所以这种速度我们叫做视向速度,就是眼睛看出去的视向速度,当我们分析天体运行的各种速度的时候,经过了多少年分析以后,我们发现其实银河系是在转动的。我们太阳附近的这个银河系转动的速度有多快呢?每秒钟220公里,这是一个很高的速度。大家想一想,我们发一个人造卫星,只要每秒8公里,它就可以围着地球转了,也就是说只要有一个8公里的速度它就可以出去了。但是我们太阳在银河系这一部分的旋转速度,是每秒钟220公里,是一个很高的速度。那么这样高速度的一个运行呢,就使得我们知道银河系本身也是在转动。关于转动呢,常识告诉我们,我们认识这种现象,比

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方说我们地球围着太阳转,金星、火星、木星、土星都在围着太阳转。那么这时候在描述这些行星围绕太阳运动的时候,我们有一个规律,我们叫做开普勒定理。也就是说围着它有一定的规律来运行,那么服从这个开普勒定理的一种运行是随着距离的不同速度不一样。但是在银河系里头呢,它既不是一个刚体的运行,就是说不像铁饼这么旋转,不是说大家连在一块的,不是这种旋转方式,又不是像太阳系里头行星围绕太阳这么旋转。它是在不同的地方运动的速度不一样,为什么呢?大家可以想到,我们太阳系的天体在运行的时候,你围绕的中心是一个太阳,就这么一个天体。而银河系里面不但围绕银河系的核心,而且银河系,比方说太阳距离银河系的核心还有两万七千光年,在这两万七千光年的距离内还有很多的星,这些星它的质量都会汇聚到银河系中心来计算。也就是说,如果说离开太阳更远的星,那么它中心的质量就会更大。因为什么呢?我们太阳以内的这些星质量也就都算进去了,所以这个质量在不断地变化,核心部分的质量在不断地变化。它们互相有一个不一样的速度,所以比较复杂。但是我们现在认识到了什么呢?银河系是由恒星构成的一个庞大的集团,那么它至少有一千多亿颗星。那么这样一些星,组成这么一个集团。它还在不断地旋转,而这种旋转随着距离银河系核心的部分,远近的不一样,它旋转的速度也不一样。我们知道测量太阳附近这样的速度,大概是在每秒钟220公里这么一个速度。知道银河系在旋转,又知道银河系本身是一个漩涡星系,它有很多旋臂。这个旋臂非常有意思,是我们银河系里头恒星诞生的一个场所,这是我们讲到了银河系的外围部分。

那么我们要讲到银河系的核心部分,这个核球也还是比较大的。因为银河系的核球非常密集,我们需要看人马座,就是沿着人马座方向看,需要在夏天看。夏天在银河系的南边,看南方天空就可以找到人马座。我们可以看到那个地方非常地亮,这个亮表示那个地方是银河系的中心。那么银河系中心它应该是有一个比较大的黑洞,为什么呢?黑洞大家知道,黑洞它本身的质量非常大,这个质量大到什么程度呢?这个光只进不出,它可以把外头的物质吸进去。但是呢,连光都从它本身,黑洞里头跑不出来,因为它的引力太大了。那么银河系中心,应该有这么一个庞大的黑洞来维持着银河系庞大的引力。那么我们有什么证据来证明银河系核心呢?有可能有黑洞,而且是一个比较大的黑洞。主要的就是说在银河系的核心部分,我们可以观测到强烈的X射线辐射,而且红外辐射也特别强。它是什么意思呢?就是说当物质高速旋转接近黑洞的时候,被黑洞吞掉的时候,这个时候它由于运动的速度非常高,它会辐射X射线。而且它周围星的运动速度都是非常快的,就是在银河系核心部分,运动速度非常快。所以我们想,银河系的核心那么它应该是有一个黑洞。

现在,我们已经知道银河系在整个宇宙里头是一个很普通的星系。是宇宙中间的一个“星岛”,很普通。那么现在我们讲,说这个银河系它是孤零零的吗?它是不是更复杂呢?实际上我们在观测银河系的时候,我们发现银河系的周围还有一些别的星系。那么这样的话,我们银河系到底势力范围有多大呢?或者说我们银河系这样一个引力的范围能大到多么大呢?至少是在89万光年,接近100万光年。我们刚才讲的,说银河系大小是13万光年,现在差不多一百万光年这么范围之内,都是银河系的势力范围。也就是说,银河系这个漩涡星系,它还有很多伴侣,它们共同构成了这么一个庞大的恒星集团。那么银河系将来还是会发生一些变化,也就是这些个伴侣,它会在银河系强大的引力下,逐渐地向银河系靠拢。

 银河系
展望宇宙

比方说像麦哲伦云,就以每年一千公里的速度,在向着银河系靠近。那么也许在几十亿年以后,麦哲伦云也会和银河系相撞的。那么这是我们银河系本身,它还有一个空间的范围,还有一些伴侣。在银河系里头呢,如果说我们能够观测到银河系,能够分析出银河系是个什么结构来。我们刚才讲了,是因为在银河系里头有那么一个太阳,而在太阳周围有一颗行星叫做地球,这个地球上它有高级智慧生命,就是我们人类自己。我们能够观测星空,不但解开银河系之谜,而且我们可以解开银河系以外还有哪些星系跟我们银河系是有关系的。那么这么说,就提出这么一个问题来,在银河系里头还有没有跟我们地球一样的有高级智慧的这种生命存在呢?如果再往大了说的话,那么在银河系以外,其他的漩涡星系有没有智慧生命存在呢?那么它们之间有没有可能进行交流呢?这是大家非常关心的一个问题。那么我们首先说,在太阳系里头地球这么一个特殊的环境里头,能够形成人类这种高级智慧生命,其实不是很容易的。如果说你按照康德的那种哲学的一种推理方式来推理的话,你可以这么想,我们太阳在银河系里头是很普通的一颗星。它就是一个中等大小的一个黄色的星,这样的星在银河系里头很多。那么既然在太阳周围有智慧生命,我们就可以想到,就是温度不高也不低的那些恒星周围也有可能有智慧生命,这是顺理成章的一件事情。但是当你真正去分析我们地球上的生命跟其他行星对比的时候,大家就会想到,其实也不那么简单,并不是说任何一个类似太阳的恒星周围就一定会有智慧生命。

所以这样的话,就是说实际上分析起来,我们对比太阳系,智慧生命并不是那么容易产生。所以银河系尽管有很多跟太阳相同的星,并不是说,这些星周围就一定会有智慧生命。至于说银河系它是怎么生成的?应该说是在宇宙那次大爆炸过程中产生的,和其他星系一样的一个产生过程。当然这个产生过程,现在仍然是科学研究里头一个非常热门的话题,因为现在并没有解决,就说是到底这个星系怎么就形成了?至少我们可以这么说,就是在大爆炸以后,在宇宙中间已经形成了原子,出现了核,由于它质量的一些不稳定性,就是在宇宙中存在着一些不稳定性,那么它有些聚集。庞大的物质聚集在一起,逐渐地形成了这么一个星系。那么我们现在的观测,可以这么讲,我们已经观测到了在宇宙中间不均匀性的一些信息。比方说发射了卫星,它在观测微波背景的时候,已经观测到它有些不均匀的东西。那么这种不均匀的东西,会导致早期的宇宙里头它有些不稳定性,会导致星系的产生。应该说我们银河系也是那个时候的一个产物,所以这个银河系呢,我们自己在银河系里头来研究银河系的时候,就帮助我们来认识其他的星系。通过这样一些星系我们来解开宇宙之谜,就是说宇宙到底是怎么形成的?它会向哪个方向去?你要想解决这么一个最大的问题,你首先得踏踏实实把我们的银河系认识清楚。

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 银河系
天鹅-人马座方向的银河


 

 银河系
辉煌的银河系中心(银核)部分

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