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1 # 火星叔叔鄭永春
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2 # 時空通訊銀河系是我們地球所存在的太陽系的母星系,是我們太陽系的家園。
對於我們地球人類來說,銀河系是一個十分巨大的天體系統。人類探測和認識銀河系有一個過程,而且迄今為止還在不斷的探索和認識過程中,資料也在不斷的更新中。銀河系是一個漩渦星系,由於銀河系核心有一個棒狀結構,所以又叫棒旋星系。
原先人類認為銀河系是一個直徑約10萬光年漩渦星系,近年來發現這個尺度大大低估了。
傳統的觀點認為,銀河系銀盤是一個平滑的鐵餅狀圓盤,從銀心向外密度呈指數下降,銀盤的上下側密度應該是映象對稱的。10多年前,科學家發現並不是這樣,銀盤結構實際是呈波浪狀的,恆星密度也高於預期,就連最外側也存在恆星密集分佈的團塊,因此科學家認為銀河系體積比原來要大50%。
而最近幾年,科學家透過綜合分析,發現過去對銀河系的直徑大大低估了。加拿大宇航研究所(IAC)和北京國家天文臺(NAOC),利用Apogee和Lamost專案高質量光譜地圖,透過對銀河系一些恆星中光譜資料分析,比較這些恆星中重元素的丰度和光環,發現這些恆星比先前估計要遙遠很多。經過測算,銀河系的直徑應該有20萬光年。
因此銀河系是一個約20萬光年直徑的盤狀棒旋星系,中心厚度約1.2~1.6萬光年。銀河系的總質量約2100億顆太陽質量,有恆星2000億~4000億顆。
我們太陽只是銀河系這數千億顆恆星中普通一員。
恆星有比太陽質量大的,更多是比太陽質量小的紅矮星,質量越大的恆星壽命越短,質量越小的恆星壽命越長。太陽的壽命約100億年。
我們地球是太陽系的一顆小小的行星,只佔太陽系質量的0.0003%,太陽佔有太陽系質量的99.86%,是太陽系當然的老大,主宰著太陽系的命運。
太陽距離銀河系中心約3萬光年,帶者地球這些行星以及矮行星、衛星、小行星、彗星、碎片塵埃等拉七雜八的子子孫孫,圍繞著銀河系中心公轉,線速度每秒鐘約250公里,轉一圈約2.5億年。
在天體結構中,科學界一般劃分為(從小到大):太陽系、銀河系、本星系群、本超星系團。銀河系是本星系群約50個星系中的一個比較大的星系,這個星系群最大的星系是仙女座星系,質量約銀河系的1.5~2倍。
本星系群是本超星系團中的一員,本超星系團是一個由上百個星系團(群)組成的大尺度天體結構,最大的室女座星系團就含有上千個星系。
本超星系團覆蓋著一片約1~2億光年直徑的天區。包含銀河系在內的本星系群在這個本超星系團較為邊緣的位置,圍繞著這個本超星系團質心旋轉,轉一圈約1000億年。
超星系團是宇宙中最高天體結構,再上面就沒有結構劃分了。
實際上這只是人類根據星系相對密集、引力相互作用比較明顯確定的結構,並非宇宙本身固有的結構。一般來說星系是天體中比較緊密關聯的結構。
天文學界目前已經發現了約1200億個星系,科學家估計宇宙中存在著上萬億甚至十萬億個星系。而這些可見物質只佔宇宙的約5%,看不見但感測到其存在的暗物質暗能量佔宇宙整體質量的95%。
現在主流科學界共識的宇宙模型認為,宇宙起源於138億年前的大爆炸,大爆炸以前沒有時空,只有一個虛擬的奇點。這個奇點沒有體積,只有無限曲率和密度。奇點不是我們現在宇宙時空的東西,因此所有理論都無法解釋(科學說法為現有所有物理理論在那裡都失效),因此不要試圖探究這個奇點。
宇宙誕生後就一直在膨脹,經歷了暴漲階段,現在依然在超光速膨脹,現在宇宙可視範圍有930億光年,宇宙是有視界限制的,因此就有不可視範圍,這個範圍有多大,目前無人知道。
我們這個世界從眼睛看不到的最小量子態物質,到我們能夠看到摸到的中觀世界,再到大的宏觀世界(又叫有界無邊),這就叫宇宙。
操控這個宇宙中萬事萬物包羅永珍所有時空的,是四種基本力,即萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力。科學家們正在想盡辦法把四種基本力統一起來,叫“統一場論”。這項研究是21世紀科學界最重要的研究課題,如果這項研究取得重大突破,真正建立起了大統一理論,人類對這個世界的認識就會更進一步。
這些就是科學界目前對宇宙的基本認知常識。
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人類對銀河系的認識是逐漸加深的,一開始,我們並不知道存在銀河系這樣的星系。
18世紀中葉,人們就已經意識到,除行星、月球等太陽系天體外,滿天星斗都是遠方的“太陽”,而這些“太陽”又很可能集合在一個空間有限的巨大系統上。
第一個透過觀測研究恆星系統的是赫歇耳,他用自己磨製的反射望遠鏡,計數了若干天區內的恆星。1785年,他根據恆星計數的統計研究,繪製了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居其中心的銀河系結構圖。不過他用50釐米和120釐米口徑望遠鏡觀測,在發現望遠鏡貫穿本領增加時,觀察到的暗星也增多,但是仍然看不到銀河系的邊緣。這時赫歇耳意識到,銀河系遠比他最初估計的大。
赫歇耳死後,其子J.F.赫歇耳繼承父業,將恆星計數工作範圍擴充套件到南半天。十九世紀中葉,開始測定恆星的距離,並編制全天星圖。
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”計劃,後人稱為“卡普坦選區”。他於1922年得出與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。
沙普利則在完全不同的基礎上,探討銀河系的大小和形狀。他利用1908~1912年勒維特發現的麥哲倫雲中造父變星的周光關係,測定了當時已發現有造父變星的球狀星團的距離。在假設沒有明顯星際消光的前提下,於1918年建立了銀河系透鏡形模型,太陽不在中心。上世紀20年代,沙普利模型已得到天文界公認。由於未計入星際消光效應,沙普利把銀河系估計過大。直到1930年,特朗普勒證實星際物質存在後,這一偏差才得到糾正。
銀河系物質約90%集中在恆星內。1905年,赫茨普龍發現恆星有巨星和矮星之分。1913年,赫羅圖成名後,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、亞矮星和白矮星五個分支。1944年,巴德透過仙女星系的觀測,判明恆星可劃分為兩種不同的星族。一種是年輕而富金屬的天體,分佈在旋臂上,與星際物質成協。另一種是年老而貧金屬的天體,沒有向銀道面集聚的趨向。
恆星成雙、成群和成團是普遍現象。在太陽附近25秒差距以內 ,以單星形式存在的恆星不到總數之半。迄今已觀測到球狀星團132個,銀河星團1,000多個,還有為數不少的星協。據統計推論,應當有18,000個銀河星團和500個球狀星團。二十世紀初,巴納德用照相觀測,發現了大量的亮星雲和暗星雲。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。
近年來透過紅外波段的探測,發現在暗星雲密集區有正在形成的恆星。