銀河系

銀河系

銀河系是太陽系所在的星系,(又稱天河或天漢),包括1000到4000億顆恆星和大量的星團、星雲,還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的直徑約為15萬光年,中心厚度約為1.2萬光年,可見物質總質量是太陽質量的大約1400億倍。

銀河系具有巨大的盤面結構,有一個銀心和四條旋臂(最新研究銀河系隻有2個旋臂,其中太陽所在的獵戶座臂隻是一個主旋臂的小分叉),旋臂相距4500光年。太陽位于銀河一個支臂獵戶臂上,至銀河中心的距離大約是2.6萬光年。而我們居住的地球則屬于太陽系中的一個行星。

2003年1月,英國科學家發現,銀河系外圍可能鑲嵌著一個由數十億顆恆星組成的巨大的環。2015年3月,科學家發現銀河系體積比之前認為的要大50%。

  • 中文名稱
    銀河系
  • 外文名稱
    Milky Way Galaxy
  • 古稱
    銀河、天河、天漢、星河、銀漢
  • 特點
    旋渦星系
  • 定義
    地球和太陽所在的星系
  • 套用學科
    天文學,天體物理學
  • 類型
    棒旋星系
  • 跨度
    十萬光年

​天體概述

銀河系是太陽系所在的恆星系統,包括1,200億顆恆星和大量的星團、星雲,還有各種類型的星際氣體星際塵埃,它的可見總質量是太陽質量的一千四百億倍。在銀河系裏大多數的恆星集中在一個扁球狀的空間範圍內,扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫“核球”,半徑約為7,000光年。核球的中部叫“銀核”,四周叫“銀盤”。在銀盤外面有一個更大的球狀區域,那裏恆星少,密度小,被稱為“銀暈”,直徑為7萬光年。

銀河系銀河系

銀河系的物質約90%集中在恆星內。恆星的種類繁多,按照物理性質、化學組成、空間分布和運動特征,恆星可以分為五個星族。最年輕的極端星族Ⅰ恆星主要分布在銀盤裏的旋臂上;最年老的極端星族Ⅱ恆星則主要分布在銀暈裏。恆星常聚集成團。除了大量的雙星外,銀河系裏已發現了一千多個星團。銀河系裏還有氣體和塵埃,其含量約佔銀河系總質量的10%,氣體和塵埃的分布不均勻,有的聚集為星雲,有的則散布在星際空間。20世紀60年代以來,發現了大量的星際分子,如一氧化碳、水等。分子雲是恆星形成的主要場所。銀河系核心部分,即銀心或銀核,是一個很特別的地方。它發出很強的射電輻射、紅外輻射、X射線輻射和γ射線輻射,性質尚不清楚,那裏可能有一個巨型黑洞,據估計其質量可能達到太陽質量的250萬倍。

1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯曾分析了銀河系中心區的紅面板測和其他性質,指出銀河系中心的能源應是一個黑洞,並預言如果他們的假說正確,在銀河系中心應可觀測到一個尺度很小的發出射電輻射的源,並且這種輻射的性質應與人們在地面同步加速器中觀測到的輻射性質一樣。三年以後,這樣的一個輻射源果然被發現了,這就是人馬A。

人馬A有極小的尺度,隻相當于普通恆星的大小,發出的射電輻射強度為2*10(34次方)爾格/秒,它位于銀河系動力學中心的0.2光年以內。它的周圍有速度高達300千米/秒的運動電離氣體,也有很強的紅外輻射源。已知所有的恆星級天體的活動都無法解釋人馬A的奇異特徵,因此,人馬A似乎是大質量黑洞的最佳候選者。但是由于當前對大質量的黑洞還沒有結論性的證據,所以天文學家們謹慎地避免用結論性的語言提到大質量的黑洞。我們的銀河系大約包含兩千億顆星體,其中恆星大約1,000億顆,太陽就是其中典型的一顆。銀河系是一個相當大的棒旋星系,它由三部分組成,包括包含旋臂的銀盤,中央突起的銀心和暈輪部分。

旋渦星系M83,它的大小和形狀都很類似于我們的銀河系。銀盤外面是由稀疏的恆星和星際物質組成的球狀體,稱為暈輪,直徑約10萬光年。

銀河系也有自轉。太陽系以250千米/秒速度圍繞銀河中心旋轉,旋轉一周約2.2億年。銀河系有兩個伴星系大麥哲倫星系小麥哲倫星系

天體結構

銀河系物質的主要部分組成一個薄薄的圓盤,叫做銀盤。銀盤中心隆起的近似于球形的部分叫做核球,在核球區域恆星高度密集。核球中心有一個很小的致密區,叫做銀核。銀盤外面是一個範圍更大,近于球形的區域,其中物質密度比銀盤中低得多,叫做銀暈。銀暈外面還有銀冕,它的物質分布大致也呈球形。

銀河系銀河系

2005年,銀河系旋臂的結構被觀測到。銀河系按哈勃分類應該是一個巨大的棒旋星系SBc(旋臂寬松的棒旋星系),總質量是太陽質量的0.6萬億-3萬億倍,有大約1,000億顆恆星。

從80年代開始,天文學家懷疑銀河系是一個棒旋星系而不是一個普通的旋渦星系。2005年,斯必澤空間望遠鏡證實了這項懷疑,還確認了在銀河核心的棒狀結構比預期的還大。

銀河的盤面估計直徑為9.8萬光年,太陽至銀河中心的距離大約是2.8萬光年,盤面在中心向外凸起。

銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構,因此懷疑它有超大質量黑洞,因為已經有許多星系被相信有超大質量的黑洞在核心。

就像許多典型的星系一樣,環繞銀河系中心的天體,在軌道上的速度並不由與中心的距離和銀河質量的分布來決定。在離開了核心凸起或是在外圍,恆星的典型速度在210~240千米/秒之間。因此這些恆星繞行銀河的周期隻與軌道的長度有關。這與太陽系不同,在太陽系,距離不同就有不同的軌道速度對應。

銀河的棒狀結構長約2.7萬光年,以44±10度的角度橫亙在太陽與銀河中心之間,它主要由紅色的恆星組成,大多是老年的恆星。

被推論與觀察到的銀河旋臂結構的每一條旋臂都給予一個數位對應(像所有旋渦星系的旋臂),大約可以分出一百段。有四條主要的旋臂起源于銀河的核心,包括:

2 and 8 - 三千秒差距臂和英仙座旋臂。

3 and 7 - 矩尺座旋臂和天鵝座旋臂(與最近發現的延伸在一起 - 6)。

4 and 10 -南十字座旋臂和盾牌座旋臂。

5 and 9 -船底座旋臂和人馬座旋臂。

還有兩個小旋臂或分支,包括:

11 -獵戶座旋臂(包含太陽和太陽系在內- 12)。

最新研究發現銀河系可能隻有兩條主要旋臂——人馬座旋臂和矩尺座旋臂,其絕大部分是氣體,隻有少量恆星點綴其中。

銀河系銀河系

谷德帶(本星團)是從獵戶臂一端伸展出去的一條亮星集中的帶,主要成員是B2~B5型星,也有一些O型星彌漫星雲和幾個星協,最靠近的OB星協是天蠍-半人馬星協,距離太陽大約四百光年。

在主要的旋臂外側是外環或稱為麒麟座環,是由天文學家布賴恩·顏尼(Brian Yanny)和韓第·周·紐柏格(Heidi Jo Newberg)提出的,是環繞在銀河系外由恆星組成的環,其中包括在數十億年前與其他星系作用誕生的恆星和氣體。

銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍著,直徑25萬~40萬光年。由于盤面上的氣體和塵埃會吸收部分波長的電磁波,所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面(特別是旋臂)是恆星誕生的活躍區域,但是銀暈中沒有這些活動,疏散星團也主要出現于盤面上。

一般認為,銀河系中的恆星多為雙星聚星。2006年新的發現認為,銀河系的主序星中2/3都是單星。 銀河系中大部分的物質是暗物質,形成的暗銀暈有0.6萬億~3萬億個太陽質量,以銀核為中心聚集著。

新的發現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加,比先前由仙女座星系(M31)的盤面所獲得的更多。新發現的證據證實外環是由天鵝座旋臂延伸出去的,明確支持銀河盤面向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星系的發現與在環繞著銀極的軌道上的星系碎片,說明了它因為與銀河的互動作用而被扯碎。同樣的,大犬座矮星系也因為與銀河的互動作用,使得殘骸在盤面上環繞著銀河。

2006年1月9日,Mario Juric和普林斯頓大學的一些人宣布,史隆數位巡天在北半球的天空中發現一片巨大的雲氣結構(橫跨約五千個滿月大小的區域)位于銀河之內,但似乎不合于當前所有的銀河模型。他將一些恆星匯聚在垂直于旋臂所在盤面的垂直線,可能的解釋是小的矮星系與銀河合並的結果。這個結構位于室女座的方向上,距離約三萬光年,暫時被稱為室女座恆星噴流

在2006年5月9日,Daniel Zucker和Vasily Belokurov宣布史隆數位巡天在獵犬座牧夫座又發現了兩個矮星系。

結構研究

發現進程

1785 年,F.W.赫歇爾第一個研究了銀河系結構。他用恆星計數方法得出了銀河系恆星分布為扁盤狀,太陽位于盤面中心的結論。

銀河系銀河系

1918年,H.沙普利研究球狀星團的空間分布,建立了銀河系透鏡形模型,太陽不在中心。

20世紀20年代,沙普利模型得到公認。但由于未計入星際消光,沙普利模型的數值不準確。研究銀河系結構傳統上是用光學方法,但光學方法有一定的局限性。近幾十年來發展起來的射電方法和紅外技術成為研究銀河系結構的強有力的工具。在沙普利模型的基礎上,我們對銀河系的結構已有了較深刻的了解。

銀盤

銀盤是銀河系的主要組成部分,在銀河系中可探測到的物質中,有九成都在銀盤範圍以內。銀盤外形如薄透鏡,以軸對稱形式分布于銀心周圍,其中心厚度約1萬光年,不過這是微微凸起的核球的厚度,銀盤本身的厚度隻有兩千光年,直徑近10萬光年,整體上說銀盤非常薄。

除了1千秒差距範圍內的銀核繞銀心作剛體定軸轉動外,銀盤的其他部分都繞銀心作較差自轉,即離銀心越遠轉得越慢。銀盤中的物質主要以恆星形式存在,佔銀河系總質量不到10%的星際物質,絕大部分也散布在銀盤內。星際物質中,除電離氫、分子氫及多種星際分子外,還有10%的星際塵埃,這些直徑在1微米左右的固態微粒是造成星際消光的主要原因,它們大都集中在銀道面附近。

由于太陽位于銀盤內,所以我們不容易認識銀盤的起初面貌。為了探明銀盤的結構,根據20世紀40年代巴德和梅奧爾對旋渦星系M31(仙女座星系)旋臂的研究得出了旋臂天體的主要類型,進而在銀河系內普查這幾類天體,發現了太陽附近的三段平行臂。由于星際消光作用,光學觀測無法得出銀盤的整體面貌。有證據表明,旋臂是星際氣體集結的場所,因而對星際氣體的探測就能顯示出旋臂結構,而星際氣體的21釐米射電譜線不受星際塵埃阻擋,幾乎可達整個銀河系。光學與射電觀測結果都表明,銀盤確實具有旋渦結構

銀盤主要由星族Ⅰ天體組成,如G~K型主序星巨星新星行星狀星雲、天琴RR變星、長周期變星半規則變星等。

銀心

銀河系的中心﹐即銀河系的自轉軸與銀道面的交點。在星系的中心凸出部分,呈很亮的球狀,直徑約為兩萬光年,厚1萬光年,這個區域由高密度的恆星組成,主要是年齡大約在100億年以上老年的紅色恆星。證據表明,在中心區域存在著一個巨大的黑洞,星系核的活動十分劇烈。

銀河系銀河系

銀心在人馬座方向﹐1950年歷元坐標為﹕赤經17°42′29″﹐赤緯-28°59′18″。

銀心除作為一個幾何點外﹐它的另一含義是指銀河系的中心區域。太陽距銀心約十千秒差距﹐位于銀道面以北約八秒差距。銀心與太陽系之間充斥著大量的星際塵埃﹐所以在北半球用光學望遠鏡難以在可見光波段看到銀心。射電天文和紅面板測技術興起以後﹐人們才能透過星際塵埃﹐在兩微米到七十三釐米波段探測到銀心的信息。中性氫21釐米譜線的觀測揭示﹐在距銀心四千秒差距處有氫流膨脹臂﹐即所謂“三千秒差距臂”(最初將距離誤定為3千秒差距﹐後雖訂正為4千秒差距﹐但仍沿用舊名)。大約有1,000萬個太陽質量的中性氫﹐以53千米/秒的速度涌向太陽系。在銀心另一側﹐有大體同等質量的中性氫膨脹臂﹐以135千米/秒的速度離銀心而去。它們應是1000萬~1500萬年前以不對稱方式從銀心拋射出來的。在距銀心300秒差距的天區內﹐有一個繞銀心快速旋轉的氫氣盤﹐以70~140千米/秒的速度向外膨脹。盤內有平均直徑為30秒差距的氫分子雲。

在距銀心70秒差距處﹐有激烈擾動的電離氫區﹐以高速向外擴張。現已得知﹐不僅大量氣體從銀心外涌﹐而且銀心處還有一強射電源﹐即人馬座A﹐它發出強烈的同步加速輻射甚長基線幹涉儀的探測表明﹐銀心射電源的中心區很小﹐甚至小于十個天文單位﹐即不大于木星繞太陽的軌道。12.8微米的紅面板測資料指出﹐直徑為1秒差距的銀核所擁有的質量﹐相當于幾百萬個太陽質量﹐其中約有100萬個太陽質量是以恆星的形式出現的。銀心區有一個大質量致密核﹐或許是一個黑洞。流入致密核心吸積盤的相對論性電子﹐在強磁場中加速﹐產生了同步加速輻射。

銀暈

銀河暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區域內,銀暈直徑約為9,800光年,這裏恆星的密度很低,分布著一些由老年恆星組成的球狀星團。有人認為,在銀暈外面還存在著一個巨大的呈球狀的射電輻射區,叫做銀冕,銀冕至少延伸到距銀心100千秒差距或32萬光年遠。

銀河系被直徑約30千秒差距的銀暈籠罩。銀暈中最亮的成員是球狀星團。

銀冕

在銀暈的恆星分布區以外,是一個大致呈球形的射電輻射區,其性質了解得甚少。

太陽系

太陽系位于一條叫做獵戶臂的旋臂上,距離銀河系中心約2.64萬光年,逆時針旋轉,繞銀心旋轉一周約需要2.5億年。

太陽系位于獵戶座旋臂靠近內側邊緣的位置上,在本星際雲(Local Fluff)中,距離銀河中心7.94±0.42千秒差距我們所在的旋臂與鄰近的英仙臂大約相距6,500光年(通過測定離地球約6370光年的一個大質量分子雲核的距離得出)。我們的太陽系,正位于所謂的銀河生命帶。

太陽運行的方向,也稱為太陽向點,指出了太陽在銀河系內遊歷的路徑,基本上是朝向織女,靠近武仙座的方向,偏離銀河中心大約86度。太陽環繞銀河的軌道大致是橢圓形的,但會受到旋臂與質量分布不均勻的擾動而有些變動,我們當前在接近近銀心點(太陽最接近銀河中心的點)1/8軌道的位置上。

太陽系大約每2.25~2.5億年在軌道上繞行一圈,可稱為一個銀河年,因此以太陽的年齡估算,太陽已經繞行銀河20~25次了。太陽的軌道速度是217千米/秒,換言之每8天就可以移動1個天文單位,1400年可以運行1光年的距離。

銀河系波浪

科學家利用斯隆數位巡天測光光譜資料,對銀河系的銀盤進行了研究。結果顛覆了教科書上銀河系的形象,表明銀盤存在波浪狀的結構,並且銀盤的尺寸也可能比傳統認為的更大。

銀河系波浪銀河系波浪

傳統觀點認為,銀河系的銀盤應該是一個平滑的盤,從銀心向外密度呈指數下降,而且在銀盤的上下兩側(或者說南北兩側),密度應該是鏡像對稱的。2002年,美國倫斯勒理工學院的海蒂·紐伯格及其同事發現,在銀盤的最外側邊緣存在恆星密集分布的團塊,這一成團子結構被稱為麒麟座星環。後來,其他天文學家又在麒麟座星環以外發現了另一個類似的子結構,被稱為三角座-仙女座星流

一個研究團隊對2002年斯隆數位巡天的觀測資料作了進一步分析,發現了另外兩個類似子結構存在的跡象。這另外兩個子結構位于麒麟座星環和我們的太陽之間。離太陽最近的子結構,距離銀心大約3萬光年,銀盤以北的恆星密度超出預期;另一個子結構距離銀心大約4萬~4.5萬光年,銀盤以南的恆星密度超出預期。

它們分別命名為北近結構(north near structure)和南中結構(south middle structure)。

星系年齡

推測方法

根據已知長壽命放射性核的衰變時間(即半衰期),從某些放射性中子俘獲元素的豐度資料人們可以測定銀河系中最古老恆星的年齡,從而定出銀河系的年齡,這種放射性年齡測定方法稱為核紀年法。例如,釷的半衰期是140億年左右。用當代最大的天文望遠鏡,加上高解析度光譜儀,已經能夠檢測到恆星的釷,並作出相應的年齡估計。

推測結論

據多種方法測定,從大霹靂算起,宇宙的年齡在140億年左右。假定從大霹靂到銀河系形成相隔的時間為10億年,那麽上述由核紀年法測定的銀河系年齡與宇宙年齡是相容的。

依據歐洲南天天文台(ESO)的研究報告,估計銀河系的年齡約為136億歲,差不多與宇宙一樣老。由許多天文學家所組成的團隊在2004年使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆星交替的時間往前推進2~3億年,因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲左右,因此銀河系的年齡不會低于136±8億歲。

星系全景

主要星座

銀河系在天空上的投影像一條流淌在天上閃閃發光的河流一樣,所以古稱銀河或天河,一年四季都可以看到銀河,隻不過夏秋之交看到了銀河最明亮壯觀的部分。銀河經過的主要星座有:天鵝座天鷹座狐狸座天箭座蛇夫座盾牌座人馬座天蠍座天壇座矩尺座豺狼座南三角座圓規座蒼蠅座南十字座船帆座船尾座麒麟座獵戶座金牛座雙子座御夫座英仙座仙後座蠍虎座。銀河在天空中明暗不一,寬窄不等。最窄隻有4°~5°,最寬約30°。對于北半球來說,夏季星空的重要標志,是從北偏東地平線向南方地平線延伸的光帶——銀河,以及由3顆亮星,即銀河兩岸的織女星牛郎星和銀河之中的天津四所構成的“夏季大三角”。夏季的銀河由天蠍座東側向北伸展,橫貫天空,氣勢磅礴,極為壯美。但隻能在沒有燈光幹擾的野外(極限可視星等5.5以上)才能欣賞到。冬季的那邊銀河很黯淡(在獵戶座大犬座),但在天空中可以看到明亮的獵戶座,以及由天狼星參宿四南河三構成的明亮的“冬季大三角”。

銀河系銀河系

全天88星座

北天拱極星座小熊座大熊座仙王座仙後座天龍座

北天星座仙女座英仙座、武仙座、蠍虎座鹿豹座狐狸座御夫座牧夫座獵犬座小獅座後發座北冕座天貓座天琴座天鵝座天箭座海豚座飛馬座三角座

黃道十二星座牡羊座金牛座雙子座巨蟹座獅子座處女座天秤座天蠍座人馬座摩羯座、寶瓶座、雙魚座

赤道帶星座:小馬座小犬座天鷹座蛇夫座巨蛇座長蛇座六分儀座麒麟座獵戶座鯨魚座

南天星座:天壇座天燕座天鶴座天鴿座天兔座天爐座繪架座唧筒座雕具座望遠鏡座顯微鏡座矩尺座圓規座時鍾座山案座印第安座飛魚座劍魚座蒼蠅座蝘蜓座杜鵑座烏鴉座鳳凰座孔雀座水蛇座豺狼座大犬座南三角座、南十字架座、南魚座南極座南冕座船底座船尾座羅盤座網罟座船帆座玉夫座半人馬座波江座盾牌座巨爵座

星系全圖

2009年12月5日美國發表了繪製的最新紅外銀河系全景圖,該圖像是由80萬張斯皮策太空望遠鏡拍攝的圖片拼湊而成,全長37米。

銀河系紅外掃描全景圖銀河系紅外掃描全景圖

伴鄰星系

伴星系

銀河系有兩個伴星系大麥哲倫星系小麥哲倫星系。與銀河系相對的星系稱為河外星系

銀河系、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,這個星系群總共約有50個星系,而本星系群又是室女座超星系團的一份子。

銀河被一些本星系群中的矮星系環繞著,其中最大的是直徑達2.1萬光年的大麥哲倫星系,最小的是船底座矮星系、天龍座矮星系和獅子II矮星系,直徑都隻有500光年。其他環繞著銀河系的還有小麥哲倫星系,最靠近的是大犬座矮星系,然後是人馬座矮橢圓星系、小熊座矮星系、御夫座矮星系、六分儀座矮星系天爐座矮星系和獅子座矮星系。

麥哲倫星雲

2006年1月,研究人員的報告指出,過去發現銀河系的盤面有不明原因的傾斜,現今已經發現是環繞銀河的大小麥哲倫星系的擾動所造成的漣漪。是在它們穿過銀河系的邊緣時,導致了某些頻率的震動所造成的。這兩個星系的質量大約是銀河系的2%,被認為不足以影響到銀河。但是加入了暗物質的考量,這兩個星系的運動就足以對較大的銀河造成影響。在加入暗物質之後的計算結果,對銀河的影響增加了20倍,這個計算的結果是根據馬薩諸塞州大學阿默斯特分校馬丁·溫伯格的電腦模型完成的。在他的模型中,暗物質的分布從銀河的盤面一直分布到已知的所有層面中,結果模型預測當麥哲倫星系通過銀河時,重力的沖擊會被放大。

麥哲倫星雲麥哲倫星雲

麥哲倫星雲圖

美國航空航天局(NASA)在2013年6月召開的美國天文學會第222次會議上公布了Swift探測器所拍攝的大麥哲倫星雲(LMC)和小麥哲倫星雲(SMC)的最新震撼照片,這是NASA有史以來公開過的最高清的太空圖片。這些史無前例的高清圖像將幫助科學家進一步辨識和研究兩個星雲中所存在的恆星、超新星以及星團系統。

這些圖像均來自Swift探測器所搭載的紫外線光學望遠鏡(UVTO),NASA和戈達德空間飛行中心和賓夕法尼亞州大學的天體物理學家合作利用雨燕衛星上紫外/光學望遠鏡對離我們最近的兩個星系進行了各種角度的拍攝,然後將拍攝下來的數萬張小型照片拼接建立了解析度超過1.6億像素的最清晰的照片,總容量達到了457MB,格式為TIFF。

大麥哲倫星雲的原始圖片像素數高達1.6億,由2200張局部照片拼接而成,而拍攝這些照片共耗時5.4天。而小麥哲倫星雲的原始圖片像素數則為5700萬像素,由656張局部照片組成,拍攝耗時總計1.8天。

麥哲倫星雲規模

據NASA官方資料顯示,大麥哲倫星雲和小麥哲倫星雲都是距離我們銀河系最近的大型天體系統,屬于銀河系的伴星系。其中,大麥哲倫星雲距離銀河系約16.3萬光年,其規模約為銀河系的10%,質量僅相當于銀河系的1%,而小麥哲倫星雲距離銀河系約20萬光年,質量是大麥哲倫星雲的2/3。

起源演化

宇宙起源

在宇宙中高速運行具有星系核的星系,當它追及到另一個具有星系核的星系時,如果兩者的運行速度相近,就會相互吞噬,形成了一個更大的星系。倘若這兩個星系的星系核相遇,就會相互繞轉而形成一個質量更大的高速旋轉的星系核。這個高速旋轉的星系核就像一個巨大的發電機,從它的兩極爆發出能量強大的粒子流向遠方噴射。星系核的能量越大,噴射粒子流的流量也就越大,噴射得也就越遙遠。我們把這樣的星系核稱作兩極噴流星系核。星系核在噴射高能粒子流的時候,會消耗其自身的能量,然而,當它俘獲了其它星團或者星系以後,就會增添能量。當星系核的能量發生由大到小的變化時,就會建造出兩條粗大的噴流帶。如果星系核的磁軸繞著另一條軸(這條軸稱作星系核的自轉軸)旋轉,那麽,噴流帶的軌跡就會彎曲,而演變成旋渦星系的兩條旋臂。 一般的,星系核的磁軸與自轉軸之間的夾角(0~π/2)越大,所建造的星系盤面就會越扁;否則就會越厚。星系核的磁軸繞著自轉軸的旋轉速度越快,旋臂纏卷得就會越緊;否則,就會越松。旋渦星系的兩條旋臂是恆星誕生的活躍區域。

NASA的高清銀河系NASA的高清銀河系

我們的銀河系就是一種旋渦星系——棒旋星系。

質量減小

當Alis Deason重新校準測量銀河系質量的儀器時,竟然發現銀河系質量減小了。“我們發現銀河系的質量隻有一般所認為的一半。”Deason說。她是美國加利福尼亞大學聖克魯茲分校的天文學家,在美國天文學會第221次會議上報告了她的測量結果。

測量銀河系的質量比較復雜,部分原因是其質量大多來源于無法看到的暗物質。科學家們通常會測量星系的旋轉速率,並結合暗物質分布規律的理論得出結果。利用這個方法,哈佛—史密森天體物理中心的Mark Reid及其團隊測量出了相當于太陽質量幾萬億倍的銀河系總質量,並于2009年發布。不過,Reid仍表示,“測量銀河系的總質量非常復雜”,並且存在諸多不確定因素。

Deason和她的同事採取了不同的方法。在現今發表在《皇家天文學會月報》上的研究中,他們首次搜尋銀河系光暈——直徑為10億光年的光球——裏距中心非常遙遠的星體。Deason解釋,這些星體的擴散速度可以揭示銀河系的質量。

結果顯示,銀河系的質量“僅僅”是太陽質量的5000億~10000億倍——比之前Reid的測量結果的一半還要小。Deason提醒,這一結果是基于她對銀河系光暈的大小以及星體圍繞星系中心運動的假設而得出的。不過,她認為這些假設都是有可信服的理論依據的。

Reid表示,測量銀河系的質量“對理解銀河系是怎樣形成的以及星系團在未來幾十億年的發展趨勢是很重要的”。因為星系團之間有引力存在。“知道銀河系總質量的最好辦法是了解星系團完整的三維速度。”他說。

現有的技術並不能提供這些信息,不過Deason希望更大望遠鏡的觀測結果可以盡快證實她的結論。“我們需要更多距離銀河系中心更遠的星體。”她說。

重要事件

觀測伴星

科學家利用NASA的遠紫外譜儀探索衛星首次探測到船底座伊塔星(Eta Carinae)的伴星。船底座伊塔星是銀河系中最重最奇異的星體,坐落在離地球7500光年船底座,在南半球用肉眼就可以清楚的看到。科學家認為船底座伊塔星是一個正迅速走向衰亡的不穩定恆星。

奇特聚星

自然》雜志報道,美國天文學家在距離地球149光年的地方天鵝座中的HD188753星系發現了一個具有三顆恆星的奇特星系,在這個星系內的行星上,能看到天空中有三個太陽

生命誕生

美國宇航局尋找地球以外生命物質存在證據的科研小組研究發現,某些在實際生命化學反應中起到至關重要作用的有機化學物質,普遍存在于我們地球以外的浩瀚宇宙中。

宇宙膨脹

通過分析星系團(圖中左側的點),斯隆數位天空觀測計畫天文學家確定,暗能量正在驅動著宇宙不斷地膨脹。

據英國《衛報》報道,證實宇宙正在膨脹是本年度最重大的科學突破。近73%的宇宙由神秘的暗能量組成,它是一種反重力。在19日出版的美國《科學》雜志上,暗能量的發現被評為本年度最重大的科學突破。通過望遠鏡,人類在宇宙中已經發現近2000億個星系,每一個星系中又有約2000億顆星球。但所有這些加起來僅佔整個宇宙的4%。

在新的太空探索基礎上,以及通過對100萬個星系進行仔細研究,天文學家們至少已經弄清了部分情況。約23%的宇宙物質是“暗物質”。沒有人知道它們究竟是什麽,因為它們無法被檢測到,但它們的質量大大超過了可見宇宙的總和。而近73%的宇宙是最新發現的暗能量。這種奇特的力量似乎正在使宇宙加速膨脹。英國皇家天文學家馬丁·裏斯爵士將這一發現稱為“最重要的發現”。

這一發現是繞軌道運行的威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)和斯隆數位天文台SDSS)的成果。它解決了關于宇宙的年齡、膨脹的速度、組成宇宙的成分等一系列問題的長期爭論。天文學家現今相信宇宙的年齡是137億年。

真實地圖

天文學家描繪出了銀河系最真實的地圖,最新地圖顯示,銀河系螺旋臂與之前所觀測的結果大相徑庭,原先銀河系的四個主螺旋臂,現隻剩下兩個主螺旋臂,另外兩個旋臂處于未成形狀態。

NASA公布銀河系與仙女座相撞效果圖NASA公布銀河系與仙女座相撞效果圖

這個描繪銀河系進化結構的研究報告發表在本周美國密蘇裏州聖路易斯召開的第212屆美國天文學協會會議上。3日,威斯康星州立大學懷特沃特分校的羅伯特·本傑明將這項研究報告向記者進行了簡述。他指出,銀河系實際上隻有兩個較小的螺旋手臂,與之前天文學家所推斷結果不相符。

在像銀河系這樣的棒旋星系,主螺旋臂包含著高密度恆星,能夠誕生大量的新恆星,與星系中心的長恆星帶清晰地連線在一起。與之比較,未成形螺旋手臂所具有的高氣體密度不足以形成恆星。

長期以來,科學家認為銀河系有四個主螺旋臂,但是最新的繪製地圖顯示銀河系實際上是由兩個主旋臂和兩個未成形的旋臂構成。本傑明說,“如果你觀測銀河系的形成過程,主螺旋手臂連線恆星帶具有著重要的意義。同樣,這對最鄰近銀河系的仙女座星系也是這樣的。”

繪製銀河系地圖是一個不同尋常的挑戰,這對于科學家而言就如同一條小魚嘗試探索整個太平洋海域一樣。尤其是灰塵和氣體時常模糊了我們對星系結構的觀測。據悉,這個銀河系最新地圖主要基于“斯皮策空間望遠鏡”紅外線攝像儀所收集的觀測資料。威斯康星州立大學麥迪遜分校星系進化專家約翰加拉格爾說,“通過紅外線波長,你可以透過灰塵實際地看到我們銀河系的真實結構。”當前,“斯皮策”空間望遠鏡所呈現的高清晰圖像使天文學家能夠觀測大質量恆星是如何進化、宇宙結構是如何成形的。

觀測特點

對北半球來說夏季看到的銀河(在天蠍座人馬座延伸至夏季大三角,甚至仙後座)最明顯,冬季銀河很黯淡(在獵戶座大犬座)。

研究歷史

雖然從非常久遠的古代,人們就認識了銀河系,但是對銀河系的真正認識還是從近代開始的。

科學家發現銀河系經歷了漫長的過程。望遠鏡發明後,伽利略首先用望遠鏡觀測銀河,發現銀河由恆星組成;而後,T.賴特、I.康德、J.H.朗伯等認為,銀河和全部恆星可能集合成一個巨大的恆星系統

1750年,英國天文學家賴特(Wright Thomas)認為銀河系是扁平的。1755年,德國康德和郎伯特(Lambert Johann heinrich)提出了恆星和銀河之間組成一個巨大的天體系統。1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳繪出了銀河系的扁平形體,並認為太陽系位于銀河的中心。

1918年,美國天文學家沙普利(Harlow Shapley)經過4年的觀測,提出太陽系應該位于銀河系的邊緣。1926年,瑞典天文學家林得布拉德(Lindblad Bertil)分析出銀河系也在自轉。

在18世紀後期,F.W.赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恆星計數的觀測,以確定恆星系統的結構和大小,他斷言恆星系統呈扁盤狀,太陽離盤中心不遠。他去世後,其子J.F.赫歇爾繼承父業,繼續進行深入研究,把恆星計數的工作擴展到南天。

20世紀初,天文學家把以銀河為表觀現象的恆星系統稱為銀河系。J.C.卡普坦套用統計視差的方法測定恆星的平均距離,結合恆星計數,得出了一個銀河系模型。在這個模型裏,太陽居中,銀河系呈圓盤狀,直徑8千秒差距,厚2千秒差距。H.沙普利套用造父變星周光關系,測定球狀星團的距離,從球狀星團的分布來研究銀河系的結構和大小。他提出的模型是:銀河系是一個透鏡狀的恆星系統,太陽不在其中心。沙普利計算出:銀河系直徑80千秒差距,太陽離銀心20千秒差距,這些數值太大,因為沙普利在計算距離時未計入星際消光

20世紀20年代,銀河系自轉被發現後,沙普利的銀河系模型得到公認。銀河系是一個巨型棒旋星系(漩渦星系的一種),Sb型,共有4條旋臂。包含1200億顆恆星。銀河系整體作較差自轉,太陽處自轉速度約220千米/秒,太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河系的目視絕對星等為-20.5等,銀河系的總質量大約是我們太陽質量的1.4萬億倍,大致10倍于銀河系全部恆星質量的總和。這是我們銀河系中存在範圍遠遠超出明亮恆星盤的暗物質的強有力證據。關于銀河系的年齡,佔主流的觀點認為,銀河系在宇宙大霹靂之後不久就誕生了,用這種方法計算出,我們銀河系的年齡大概在145億歲左右,上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙大霹靂大約發生于137億年前。

2014年,科學家公布了最新的觀測資料,銀河系的質量僅為仙女座的一半。這個研究結果來自一支國際研究小組,包括卡內基·梅隆大學的宇宙學家馬修·沃克,他們的研究論文發表在英國皇家天文學會的月刊上。論文指出,研究小組使用了一種全新的方法去測量星系的質量,比以往的測量方法更加精確。

2015年3月,科學家使用斯隆數位巡天勘測資料分析了銀河系邊緣恆星的亮度和距離,結果發現銀河系邊緣像瓦楞紙板一樣,存在皺褶結構,凹槽中存在著恆星。實際上這些恆星區域也是銀河系的一部分,真實的銀河系比之前預想大50%。

研究年表

1750年—英國天文學家賴特(Wright Thomas)認為銀河系是扁平的。

銀河系“指紋地圖”銀河系“指紋地圖”

1755年—德國哲學家康德提出了恆星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體系統;隨後的德國數學家郎伯特(Lambert Johann heinrich)也提出了類似的假設。

1785年—英國天文學家威廉·赫歇耳用“數星星”的方法繪製了一張銀河圖,在赫歇耳的銀河圖裏,銀河系是偏平的,被群星環繞,其長度為7000光年,寬1400光年。我們的太陽處在銀河系的中心,這是人類建立的第一個銀河系模型,它雖然很不完善,但使人類的視野從太陽系擴展到銀河系廣袤的恆星世界中。

1845年—羅斯勛爵發現第一個漩渦星系M51。

1852年—美國天文學家史帝芬.亞歷山大聲稱銀河系是一個旋渦星系,卻拿不出證據加以證明。

1869年—英國天文學作家理查.普洛托克提出相同的見解,但一樣無法證實。

1900年—荷蘭天文學作家科內利斯.伊斯頓公布銀河系漩渦結構圖,然而旋臂及銀心都畫錯了。

1904年,恆星光譜中電離鈣譜線的發現,揭示出星際物質的存在。隨後的分光和偏振研究,證認出星雲中的氣體和塵埃成分。

1905年,赫茨普龍發現恆星有巨星和矮星之分。

1906年,卡普坦為了重新研究恆星世界的結構,提出了“選擇星區”計畫,後 人稱為“卡普坦選區”。他于1922年得出與F.W.赫歇耳的類似的模型,也是一個扁平系統,太陽居中,中心的恆星密集,邊緣稀疏。在假設沒有明顯星際消光的前提下,于1918年建立了銀河系透鏡形模型,太陽不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公認。由于未計入星際消光效應,沙普利把銀河系估計過大。到1930年,特朗普勒證實星際物質存在後,這一偏差才得到糾正。

1913年,赫羅圖問世後,按照光譜型和光度兩個參量,得知除主序星外,還有超巨星、巨星、亞巨星亞矮星白矮星五個分支。科內利斯.伊斯頓再度公布錯誤的銀河系漩渦結構圖。

1917年,美國天文學家沙普利(Harlow Shapley)用威爾遜山天文台的2.5米反射望遠鏡研究當時已知的100個球狀星團,通過觀測其中的造父變星來確定這些球狀星團的距離。

1922~1924年美國天文學家哈勃發現,星雲並非都在銀河系內。哈勃在分析M31仙女座大星雲一批造父變星的亮度以後斷定,這些造父變星和它們所在的星雲距離我們遠達幾十萬光年,因而一定位于銀河系外。這項于1924年公布的發現使天文學家不得不改變對宇宙的看法。

1926年—瑞典天文學家林得·布拉德(Lindblad Bertil)分析出銀河系也在自轉。

1927年,荷蘭天文學家奧爾特定量地測出了銀河系的較差自轉,進一步證明太陽確實不在銀河系中心。

1929年—荷蘭天文學家巴特.博克計畫使用恆星計數法探測銀河系的結構,十多年後宣告失敗。

1931年—巴德于威爾遜山天文台工作,並開始發展星族的概念。

1943年—威廉.摩根(William Morgan)與光譜學家飛利浦.基南共同發表一套完整的光譜圖集來描述各種不同光譜型和光度級的恆星之光譜特征,稱為MK(摩根—基南)分類系統。

1944年,巴德通過仙女星系的觀測,判明恆星可劃分為星族Ⅰ和星族Ⅱ兩種不同的星族。星族Ⅰ是年輕而富金屬的天體,分布在旋臂上,與星際物質成協。星族Ⅱ是年老而貧金屬的天體,沒有向銀道面集聚的趨向。

1947年—利用MK系統來描繪銀河系的旋臂。

1950年—用49個OB型單星及三個OB型星群的距離,無法顯現出清楚的旋臂結構。同時受到巴德的啓發改而觀測描繪銀河系中的HII區,並用位于其中的OB型星來定出距離。通過電波觀測,發現銀河系的星際空間存在著大量氣體,尤其是中性氫,它們幾乎遍布整個銀河系,這些氣體發射波長為21釐米的電波。當人們弄清楚了這些中性氫氣雲在銀河系中的分布後,他們便推測了銀河系的大致形狀,認為那是一個旋窩星系。

1951年—科學家首次發現銀河系有3條旋臂。將HII區的位置畫在銀河系圖上,揭示了兩個旋臂,分別是獵戶臂及英仙臂,並在同年美國天文學會年會上發表,證明了銀河系屬于漩渦星系型態。

1957年,根據金屬含量、年齡、空間分布和運動特征,進而將兩個星族細分為中介星族Ⅰ、旋臂星族(極端星族Ⅰ)、盤星族、中介星族Ⅱ和暈星族(極端星族Ⅱ)。

1964年—美籍華裔科學家林家翹徐遐生提出旋渦星系螺旋臂的維持密度波理論,初步解釋了旋臂的穩定性,他們建議螺旋臂隻是螺旋密度波的顯示。

二十世紀七八十年代,人們探測銀河系一氧化碳分子的分布,又發現了第四條旋臂,它跨越狐狸座和天鵝座。1976 年,兩位法國天文學家繪製出這四條旋臂在銀河系中的位置,分別是圓規座旋臂、盾牌座-半人馬座旋臂、人馬座旋臂和英仙座旋臂。

1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河系中心區的紅面板測和其他性質,指出銀河系中心的能源應是一個黑洞。

1982年—美國天文學家賈納斯和艾德勒完成對銀河系434 個銀河星圖的圖表繪製,發表了每個星團的距離和年齡數位。他們發現,銀河系並沒有旋渦結構,而隻是一小段一小段地零散旋臂,漩渦隻是一種“幻影”,這裏因為銀河系各處產生的恆星總是沿銀河系旋轉方向形成一種“串珠”。而不斷產生的新恆星連續地顯現著渦旋的幻影。

1989年—太陽離銀心到底有多遠?這個所謂的“銀心距”,對于銀河系來說,是個基本的和重要的參數。自1918年以後的70來年間,一直有人根據球狀星團的空間分布等方式進行探討。許多人設法運用不同的方式研究。科學家們得出的數值不相同,最小為22800光年,最大為27700光年。1989年得出的結果是24400光年,上下可能各有3000光年的誤差。照這樣說來,太陽和太陽系天體都在銀河系中比較靠近中間的地方。

2004年—天文學家使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現了元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆星交替的時間往前推進了2至3億年,因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲,因此銀河系的年齡不會低于136±8億歲。

2005年—科學家用斯皮策(史匹哲)紅外太空望遠鏡對銀河系中心進行了一次全景式掃描,他們分析了掃描得到的資料後認為,銀河系的中心是一個棒狀結構。天文學家說,這個棒狀體長約2.7萬光年,比早先的猜測長7000光年,它所指的方向相對于太陽和銀心連線之間的夾角約為45度。這一研究成果證實了早先人們對銀河系形狀的猜想:銀河系不是一個簡單的旋渦星系,而是一個有棒狀星核的SBc棒旋星系(旋臂寬松的棒旋星系),總質量大約是太陽質量的6,000億至30,000億倍。有大約1,000億顆恆星。銀河的盤面估計直徑為100,000光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,000光年,盤面在中心向外凸起。

2006年—銀河系銀暈的外面還有一個範圍更大的 物質分布區——暗暈,那是現今科學家們十分關註的地方,因為暗暈中可能存在著大量的暗物質。2006年1月,科學家宣布說,他們已證實銀河系發生了彎曲變形,而導致其變形的力量來自環繞其外圍的暗物質激蕩。科學家解釋說,暗物質雖然看不見,但它們的質量可能是銀河系中可見物質的20倍,所以對銀河系中天體的影響是不可小視的。

2008年—另外一個令人關註的問題是“人馬座A*(Sagittarius A*)”:一個讓人困惑多年的位于銀心的射電發射源。天文學家一直懷疑那是存在于銀河系中心的巨大黑洞,但始終沒得到確鑿的證實。2008年,科學家宣布說,他們通過觀測證實銀心中的確存在著黑洞。科學家花了16年時間在智利的歐洲南方天文台追蹤圍繞銀心運行的28顆恆星,從而證實了黑洞的存在,因為黑洞影響著這些恆星的運行。探測表明,這個名為“人馬座A*”的巨型黑洞,其質量是太陽的400萬倍,距離地球大約2.7萬光年。

2008年—最新的研究表明,銀河系隻有兩條主旋臂,這兩條主旋臂就是英仙座旋臂和盾牌座-半人馬座旋臂,它們都與銀河系核球中心的恆星棒連線著。這一認識來自2008年6月3日公布的一幅由斯皮策(史匹哲)紅外太空望遠鏡拍攝的銀河系照片,這是人類迄今為止拍攝到的最為詳細也是最大的

一幅由80萬張圖片組合成的銀河系照片,全長達55米,解析度比此前最為清晰的銀河系照片高100倍。在這幅圖片的幫助下,科學家對銀河系進行了恆星計數,他們在計數後認為銀河系隻兩條主要旋臂。在依據此項研究繪製的銀河全圖上,人們看到兩條源于核球的主旋臂,太陽依然位于銀河系接近邊緣的地方,它的具體位置是獵戶座旋臂的內側,這是一條小旋臂,處于人馬座臂和英仙座臂之間。人馬臂和矩尺臂絕大部分是氣體,隻有少量恆星點綴其中。

2015年3月12日科學家發現真實的銀河系比之前預想大50%。

背景知識

穿過空間

一般而言,根據愛因斯坦狹義相對論,任何物體通過空間時的絕對速度是沒有意義的,因為在太空中沒有合適的慣性參考系可以作為測量銀河速度的依據(運動的速度,總是需要與另一個物體比較才能量度)。

因為各向宇宙微波背景輻射非常的均勻,隻有萬分之幾的起伏。所以就讓喬治·斯穆特想到了一個方法,就是測量宇宙微波背景輻射有沒有偶極異向性。

在1977年, 美國勞倫斯伯克萊國立實驗室的喬治·斯穆特等人,將微波探測器安裝在U-2偵察機上面,確切地測到了宇宙微波背景輻射的偶極異向性,大小為 3.5±0.6 mK,換算後,太陽系在宇宙中的運動速度約為390±60 千米/秒,但這個速度,與太陽系繞行銀河系核的速度220 千米/秒方向相反,這代表銀河系核在宇宙中的速度,約為600千米/秒。

有鑒于此,許多天文學家相信銀河以600千米/秒的速度相對于鄰近被觀測到的星系在運動,大部分的估計值都在每秒130~1,000千米之間。如果銀河的確以600千米/秒的速度在運動,我們每天就會移動5,184萬千米,或是每年189 億公裏。相較于太陽系內,每年移動的距離是地球與冥王星最接近時距離的4.5倍。

第四宇宙速度

所謂第四宇宙速度,是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛,飛出銀河系所需的最小初始速度,約為110-120km/s,這個資料是指在銀河系內絕大部分地方所需要的航行速度。但如充分利用太陽系的線速度以及地球的線速度,最低航行速度可減小為82km/s。

未來情況

當前的觀測認為仙女座星系(M31)正以每秒300公裏的速度朝向銀河系運動,在30-40億年後可能會撞上銀河系。但即使真的發生碰撞,太陽以及其他的恆星也不會互相碰撞,但是這兩個星系可能會花上數十億年的時間合並成橢圓星系

天文學家發現銀河系“比之前想象的要大”據英國廣播公司6日報道,由國際天文學家組成的研究小組發現,地球所在的銀河系比原來以為的要大,運轉的速度也更快。

天文學家利用在夏威夷、加勒比海地區和美國東北部的天文望遠鏡觀察得出結論,銀河系正以每小時90萬公裏的速度轉動,比之前估計的快大約百分之十。

銀河系的體積也比之前預計的大一半左右。

科學家們指出,體積越大,與鄰近星系發生災難性撞擊的可能性也增大。

不過,即使發生也將是在二、三十億年之後。

美國哈佛-史密森天體物理學中心的研究員利用“超長基線陣列”(Very LongcenterArray)儀器來推論地球所在銀河系的質量和速度。

研究員表示,使用這個方法找出的資料更準確,比較以前的方式所需要的假定更小。

研究員還說,銀河系與仙女座星系(Andromeda Galaxy)的大小相當。

仙女座星系、銀河系和三角星系是地球所在的星系群中三個最大的星系。

此前,科學家一直認為仙女座最大,銀河系隻是仙女座的“小妹妹”。

研究員在美國加利福尼亞州第213屆美國太空學會會議上發表有關研究結果。

常用資料

質量≈10E11太陽質量

直徑≈100千秒差距

銀心方向:α=17h42m.5,δ=-28°59′

太陽距銀心≈9千秒差距

北銀極:α=12h49m, δ=-27°2'

太陽處銀河系旋轉速度≈250公裏/秒

太陽處銀河系旋轉周期≈220E6年

相對于3K背景的運動速度≈600公裏/秒

(朝向α=10h,δ=-20°方向)

銀河全景圖

美國航天局(NASA)公布了數位版銀河系360度全景圖,該圖片由“斯皮策”太空望遠鏡過去10年拍攝的200萬張照片拼接而成,包括銀河系一半以上的恆星,像素達200億,如果列印出來,需要體育場那麽大的地方才能展示,因此美國航天局決定發布其數位版,方便天文迷查詢。

人們驚奇地發現,如今想一覽銀河系已簡單到隻要一點滑鼠即可。其實,這張圖片展示的僅是地球天空中大約3%的區域,卻包含了銀河系裏超過一半的星辰。

2003年升空的“斯皮策”太空望遠鏡已對從太陽系的小行星到可觀測宇宙邊緣的遙遠星系進行了逾10年的研究。在此期間,為完成銀河系的紅外圖像記錄,“斯皮策”已工作4142個小時。這是首次在一張巨幅全景圖上將所有星辰的圖片拼接再現。

我們的星系是個扁平的螺旋盤,太陽系位于其中一個螺旋臂上。當我們望向星系中心時,總能看到一個充滿星辰又塵土飛揚的區域。由于大量塵埃和氣體阻擋了可見光,因此在地球上無法直接用光學望遠鏡觀測到銀河系中心附近的區域。而由于紅外線的波長比可見光長,所以紅外望遠鏡“斯皮策”能穿透密集的塵埃並觀測到更遙遠的銀河系中心地帶。

天文學家根據獲取的資料繪製了一幅更精確的銀河系中心帶星圖,並指出銀河系比我們先前所想的更大一些。這些資料使科學家能建立起一個更全面立體的星系模型。

銀河系質量

哥倫比亞大學的科學家對銀河系的質量進行了精確計算,最新的結果認為銀河系質量大約是太陽的2100億倍,包括銀河系邊緣擁有數千顆恆星的恆星團。科學家通過超級電腦運行後獲得了銀河系質量分布圖,目前計算出的銀河系質量是最為精確的,這項研究結果有助于我們對銀河系的結構進行研究,比如銀河系的跨度等。之前我們對銀河系質量的估計來自觀測恆星移動的速度,其中擁有巨大的誤差。

銀河系銀河系

為了得出這個結論,研究人員提出了一種新的方法來估算銀河系質量,來自哥倫比亞大學的博士Andreas Kupper負責本項研究。研究小組認為可以通過斯隆數位巡天觀測到由于銀河系質量所導致的波動現象,利用哥倫比亞大學的超級電腦模擬出多少質量能夠誘發如此規模的波動。當然其中還要考慮銀河系的自轉速度、不同球狀星團的位置等,這些因素對波動的產生有著一定的影響。通過這種方式並結合銀河系大約12萬光年的直徑,科學家計算出銀河系的質量為2100億倍太陽質量。

這個數位雖然是截止2015年較為精確的值,但仍然存在不確定性,偏差可能達到20%左右,比之前銀河系的質量估計值偏差要小很多。早前的資料認為銀河系的質量是太陽的7500億倍,甚至一度達到1萬億倍,誤差率達到100%,幾乎無法確定銀河系的具體質量。雖然我們對銀河系的質量有了進一步的理解,但科學家認為這個值仍然不太準確,因為銀河系的直徑還無法確定。計算使用了12萬光年的值,但有研究顯示銀河系的真實直徑可能達到180萬光年,部分物質與仙女座星系發生了重疊。

在銀河系附近還有大量的暗物質無法觀測,大多數恆星聚集在4萬光年的半徑內,之外幾乎完全是由暗物質統治,因此銀河系內還有許多無法觀測到的暗物質質量。科學家正在使用斯隆數位巡天,以便對銀河系內的恆星進行更加精確定位。銀河系的大小在宇宙中應當屬于中流水準,不會太“重”也不會太“瘦”,下一步科學家計畫繼續對銀河系質量進行研究,並與宇宙中的其他星系進行對比。

相關傳說

中國

“飛流直下三千尺,疑是銀河落九天。”(李白),中國古代文化視銀河為天河,把註意力擴大到河東和河西的牛郎織女兩個星座,想象編造出牛郎織女愛情的故事。那麽美好的愛情,中間偏偏出現個王母娘娘,從中作梗,女子們沒有力量反抗,隻好通過鵲橋相會和“乞巧”的方式,獲得精神上的寄托和安慰,東方文化就這樣委婉含蓄。唐朝顧況的《宮詞》中便有一句“水晶簾卷近秋河”,這裏的“秋河”說的就是銀河。再如李商隱的《嫦娥》中有“長河漸落曉星沉”。

外國

古希臘人如中國先人一樣把天上的這條光帶描述為“河”:The night sky gave a big hint,in the form of a lovely pale band of light that cut across the heavens like a river(仰望夜空,有一條瑰麗的光帶依稀可見,它宛如一條河,將整個蒼穹分割為二)。因為天上的這條河環繞整個天球,在紀元前六世紀,希臘人最初稱之為Galaxias Kyklos 或Kyklos Galaktikos (Milky Circle,奶色之環,通譯“銀環”)。後來接受了希臘文明的羅馬人改稱之為Via Lactea (Milky Way,奶色之路),現代西方語言,如英、法、德、俄,均譯自拉丁文Via Lactea。順便提及,與the Milky Way同義的Galaxy(首字母大寫)後來作為天文學術語保留下來,其他星系叫做galaxies(首字母小寫)。

英語中稱呼銀河一般有兩種說法,一是galaxy,這個詞還可指“星系”,比較正式。另一個說法就是the Milky Way,這種說法來自一個希臘神話。

英文milky way與 galaxy首次出現于1384年前後。前者是源自拉丁文Via Lactea 借義外來語,而Via Lactea譯自希臘文Galaxias Kyklos,改環(Kyklos)為路(Via)。後者是源自希臘文galaxias的借形外來語,至1848年開始用作天文學術語。 

世界各地有許多創造天地的神話圍繞著銀河系發展出來。很特別的是,在希臘就有兩個相似的希臘神話故事在解釋銀河是怎麽來的。有些神話將銀河和星座結合在一起,認為成群牛隻的乳液將深藍色的天空染白了。在東亞,人們相信在天空中群星間的霧狀帶是銀色的河流,也就是我們所說的天河。

Akashaganga是印度人給銀河的名稱,意思是天上的恆河。

依據希臘神話,銀河是赫拉在發現宙斯以欺騙的手法誘使他去喂食年幼的赫爾克裏斯因而濺灑在天空中的奶汁。另一種說法則是赫耳墨斯偷偷的將赫爾克裏斯帶去奧林匹斯山,趁著赫拉沉睡時偷吸他的奶汁,而有一些奶汁被射入天空,于是形成了銀河。

希臘神話傳說,宙斯(Zeus)是希臘眾神廟裏的主神,即神上之神,跟玉皇大帝有一比。宙斯的妻子就是他的妹妹赫拉(Hera),赫拉是司理婦女和婚嫁之神,是眾女神之神,地位相當于王母娘娘了。赫拉的奶汁和唐僧肉具有相同的效力,誰吮吸了她的奶汁,便會長生不老。宙斯是個不安分的神,暗地裏和有夫之婦阿爾克墨涅(Alcmene)私通,生下了赫拉克勒斯(Hercules)。宙斯希望赫拉克勒斯將來能長生不老,就偷偷地把赫拉克勒斯放在睡著的赫拉身旁,讓赫拉克勒斯吮吸赫拉的奶汁,誰知赫拉克勒斯吮吸太猛,驚醒了赫拉,她發現吃奶的不是自己的兒子,便一把把孩子推開。可是她用力太猛,奶汁直噴到了天上,便成了Milk Way(奶路),見油畫The Origin of the Milky Way(1575-1580),此畫出自義大利文藝復興時期著名畫家Tintoretto之手。後來,西方人便把銀河想象成赫拉的奶水,稱之為the Milky Way。

在芬蘭神話中,銀河被稱為鳥的小徑,因為它們註意到候鳥在向南方遷徙時,是靠著銀河來指引的,它們也認為銀河才是鳥真正的居所。現在,科學家已經證實了這項觀測是正確的,候鳥確實在依靠銀河來引導,在冬天才能到溫暖的南方陸地居住。即使在今天,芬蘭語中的銀河依然使用Linnunrata這個字。

在瑞典,銀河系被認為是冬天之路,因為在斯堪的納維亞地區,冬天的銀河是一年中最容易被看見的。

古代的亞美尼亞神話稱銀河系為麥稈賊之路,敘述有一位神祇在偷竊麥稈之後,企圖用一輛木製的運貨車逃離天堂,但在路途中掉落了一些麥稈。

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