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第6章 恒星与银河系的亲密关系

你听说过牛郎和织女的故事吗?那是一个关于天河的神话,故事里面有一首歌谣:“遥瞻太空银河宽广,水如明镜如泛波光。织女星座相互支撑,七次更移终日繁忙。虽然来回移动奔忙,难以织出华丽花样。看那牵牛灿灿发光,却也不能驾驭车辆。”其中歌中的“银河”就是指我们现在天文学上所探讨的银河,其中最后两句说的是“织女星”和“牵牛星”,他们都属于恒星。当然那只是一个神话传说,要想知道关于银河与恒星的知识还要依据我们现在天文学家的探究结果。

1.银河系的发现

其实,在辽阔的太空中是不存在什么天河的。我们所看到的银河,是由无数大大小小的星星组成的。只是这些星星离我们很远,所以我们用肉眼不可能分辨出一颗颗单独的星,看上去也就形成了一条银白色的河了。

那么,银河系是怎么被发现的呢?

银河系的发现经历了一个漫长的过程,在望远镜发明以后,伽利略首先用望远镜观测银河,发现银河由恒星组成,在银河系中恒星至少有1000多亿颗。而后,赖特、康德、朗伯等天文学家认为,银河系和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。18世纪后期,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。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。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,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,大致相当于10倍的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。而界内认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前。

2.银河系的结构

银河系总体结构是: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。在核球区域是恒星高度密集的地方,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,叫做银晕。银晕外面还有银冕,它的物质分布大致也呈球形。

银盘

银盘是指在旋涡星系中,由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘。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、天琴变星、长周期变星、半规则变星等。

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。

银心

在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,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着大量的星际尘埃,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。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。

银晕

银晕弥散在银盘周围的一个球形区域内,直径约为9.8万光年,这里的恒星密度很低,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32万光年远。银晕中最亮的成员是球状星团。

3.银河系的运动

银河系的运动和地球的运动一样吗?它具有自转和公转的能力吗?

银河系是一个巨型旋涡星系,有四条大悬臂。银河系作为一个整体具有自转的运动,不过,银河系不像地球是个固体。因此,离银河系中心的距离不同,自转的角速度不同,相应的线速度也就不是与转动半径成正比。大致来说,随着离银河系中心距离的增大,这一线速度开始很小,后来慢慢增大,到太阳附近变为几乎恒定。太阳及其附近的恒星参与银河系自转的速度约为220千米/秒,大约每2.5亿年转一圈。

目前观测认为,仙女座星系正以每秒300千米的速度朝向银河系运动,在30亿~40亿年后可会能撞上银河系,但即使真的会发生碰撞,太阳及其他恒星也不会相互碰撞。但是,这两个星系可能会花上数十亿年的时间来合并成一个椭圆型的星系。到那时,从地球上看,横亘在夜空中的银河光带将变成一个更大、更弥散的结构。但地球本身在这场融合中不会受到影响。因为,天体里的星系分散十分稀疏,相距十分遥远。所以,它们的融合更像两团雾气的融合,恒星相撞的灾难性事件很少发生。恒星位置的改变也是缓慢发生的,不会对地球有强烈影响。

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