銀河係(mi1kyay)是太陽係所處的星係。(.)是一個由2,ooo多億顆恒星、數千個星團和星雲組成的盤狀恒星係統,它的直徑約為1oo,ooo多光年,中心的厚度約為6,ooo多光年,因其主體部分投影在天球上的亮帶被我國稱為銀河而得名。
概述銀河係mi1kyayga1axy或themi1kyaysystem[1]。
銀河係側看像一個中心略鼓的大圓盤,整個圓盤的直徑約為1o萬光年,太陽位於距銀河中心2.6萬光年處。鼓起處為銀心是恒星密集區,故望去白茫茫的一片。銀河係俯視像一個巨大的漩渦,這個漩渦有四個旋臂組成。太陽係位於其中一個旋臂(獵戶座臂),逆時針旋轉(太陽繞銀心旋轉一周需要2.5億年)。
銀河係呈旋渦狀,有4條螺旋狀的旋臂從銀河係中心均勻對稱地延伸出來。銀河係中心和4條旋臂都是恒星密集的地方。(比較大的旋臂有4條,但最近研究表明主要的旋臂隻有兩條,另兩條都未育完全)有946o8ooooo億公裏。中間最厚的部分約12ooo光年。太陽位於一條叫做獵戶臂的旋臂上,距離銀河係中心約2.6萬光年。
銀河係的現經曆了漫長的過程。望遠鏡明後,伽利略先用望遠鏡觀測銀河,現銀河由恒星組成。而後,t.賴特、i.康德、j.h.朗伯等認為,銀河和全部恒星可能集合成一個巨大的恒星係統。18世紀後期,f..赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恒星計數的觀測,以確定恒星係統的結構和大小,他斷言恒星係統呈扁盤狀,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,把恒星計數的工作擴展到南天。2o世紀初,天文學家把以銀河為表觀現象的恒星係統稱為銀河係。j.c.卡普坦應用統計視差的方法測定恒星的平均距離,結合恒星計數,得出了一個銀河係模型。在這個模型裏,太陽居中,銀河係呈圓盤狀,直徑8千秒差距,厚2千秒差距。h.沙普利應用造父變星的周光關係,測定球狀星團的距離,從球狀星團的分布來研究銀河係的結構和大小。他提出的模型是:銀河係是一個透鏡狀的恒星係統,太陽不在中心。沙普利得出,銀河係直徑8o千秒差距,太陽離銀心2o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。2o世紀2o年代,銀河係自轉被現以後,沙普利的銀河係模型得到公認。
銀河係是一個巨型棒旋星係(漩渦星係的一種),sb型,共有4條旋臂。包含一、二千億顆恒星。銀河係整體作較差自轉,太陽處自轉度約22o千米/秒,太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河係的目視絕對星等為-2o.5等,銀河係的總質量大約是我們太陽質量的1萬億倍,大致1o倍於銀河係全部恒星質量的總和。這是我們銀河係中存在範圍遠遠出明亮恒星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河係的年齡,目前占主流的觀點認為,銀河係在宇宙誕生的大爆炸之後不久就誕生了,用這種方法計算出,我們銀河係的年齡大概在145億歲左右,上下誤差各有2o多億年。而科學界認為宇宙誕生的“大爆炸”大約生137億年前。
年齡
依據歐洲南天天文台(eso)的研究報告,估計銀河係的年齡約為136億歲(1o1o年),幾乎與宇宙一樣老。
由天文學家i,pierifaie1ega11i,aon.所組成的團隊在2oo4年使用甚大望遠鏡(v1t)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,度在球狀星團ngc6397的兩顆恒星內現了
鈹元素。這個現讓他們將第一代恒星與第二代恒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,因此銀河係的年齡不會低於136±8億歲。
特征
銀河係是太陽係所在的恒星係統,包括一千二百億顆恒星和大量的星團、星雲,還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的總質量是太陽質量的14oo億倍。在銀河係裏大多數的恒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7千光年。核球的中部叫“銀核”,四周叫“銀盤”。在銀盤外麵有一個更大的球形,那裏星少,密度小,稱為“銀暈”,直徑為7萬光年。銀河係是一個旋渦星係,具有旋渦結構,即有一個銀心和兩個旋臂,旋臂相距45oo光年。其各部分的旋轉度和周期,因距銀心的遠近而不同。太陽距銀心約2.3萬光年,以22o~25o千米/秒的度繞銀心運轉,運轉的周期約為2.4億年。
銀河係物質約9o%集中在恒星內。恒星的種類繁多。按照恒星的物理性質、化學組成、空間分布和運動特征,恒星可以分為5個星族。最年輕的極端星族1恒星主要分布在銀盤裏的旋臂上;最年老的極端星族2恒星則主要分布在銀暈裏。恒星常聚集成團。除了大量的雙星外,銀河係裏已現了1ooo多個星團。銀河係裏還有氣體和塵埃,其含量約占銀河係總質量的1o%,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。2o世紀6o年代以來,現了大量的星際分子,如co、h2o等。分子雲是恒星形成的主要場所。銀河係核心部分,即銀心或銀核,是一個很特別的地方。它出很強的射電、紅外,x射線和γ射線輻射。其性質尚不清楚,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25o萬倍。對於銀河係的起源和演化,知之尚少。
1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河係中心區的紅外觀測和其他性質,指出銀河係中心的能源應是一個黑洞,並預言如果他們的假說正確,在銀河係中心應可觀測到一個尺度很小的出射電輻射的源,並且這種輻射的性質應與人們在地麵同步加器中觀測到的輻射性質一樣。三年以後,這樣的一個源果然被現了,這就是人馬a。
人馬a有極小的尺度,隻相當於普通恒星的大小,出的射電輻射強度為2*1o(34次方)爾格/秒,它位於銀河係動力學中心的o.2光年之內。它的周圍有度高達3oo公裏/秒的運動電離氣體,也有很強的紅外輻射源。已知所有的恒星級天體的活動都無法解釋人馬a的奇異特性。因此,人馬a似乎是大質量黑洞的最佳候選者。但是由於目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。我們的銀河係大約包含兩千億顆星體,其中恒星大約一千多億顆,太陽就是其中典型的一顆。銀河係是一個相當大的螺旋狀星係,它有三個主要組成部分:包含旋臂的銀盤,中央突起的銀心和暈輪部分。
螺旋星係m83,它的大小和形狀都很類似於我們的銀河係。銀盤外麵是由稀疏的恒星和星際物質組成的球狀體,稱為銀暈,直徑約1o萬光年。
銀河係有4條旋臂,分別是人馬臂,獵戶臂,英仙臂,天鵝臂。太陽位於獵戶臂內側。旋臂主要由星際物質構成。銀河係也有自轉。太陽係以每秒25o千米度圍繞銀河中心旋轉,旋轉一周約2.2億年。銀河係有兩個伴星係:大麥哲倫星係和小麥哲倫星係。與銀河係相對的稱之為河外星係。
一般認為,銀河係中的恒星多為雙星或聚星。而2oo6年新的現認為,銀河係的主序星中2/3都是單星。
最新消息()
據美國國家地理雜誌報道,日前,天文學家描繪出了銀河係最真實的地圖,最新地圖顯示,銀河係螺旋手臂與之前所觀測的結果大相徑庭,原先銀河係的四個主螺旋手臂,現隻剩下兩個主螺旋手臂,另外兩個手臂處於未成形狀態。
這個描繪銀河係進化結構的研究報告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,銀河係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。
在像銀河係這樣的棒旋星係,主螺旋手臂包含著高密度恒星,能夠誕生大量的新恒星,與星係中心的長恒星帶清晰地連接在一起。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恒星。
長期以來,科學家認為銀河係有四個主螺旋手臂,但是最新的繪製地圖顯示銀河係實際上是由兩個主手臂和兩個未成形手臂構成。本傑明說,“如果你觀測銀河係的形成過程,主螺旋手臂連接恒星帶具有著重要的意義。同樣,這對最鄰近銀河係的仙女座星係也是這樣的。”
繪製銀河係地圖是一個不同尋常的挑戰,這對於科學家而言就如同一條小魚試圖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係結構的觀測。據悉,這個銀河係最新地圖主要基於“斯皮策”空間望遠鏡紅外線攝像儀所收集的觀測數據。威斯康星州立大學麥迪遜分校星係進化專家約翰?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係的真實結構。”目前,“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恒星是如何進化、宇宙結構是如何成形的。
“斯皮策”空間望遠鏡科學中心從事攝像儀研究的肖恩?凱裏說,“通過這些清晰圖片,你將真實地看到個別的太空目標,更加真實地理解銀河係的結構特征。”
這張最新的銀河係地圖包括螺旋手臂密度和位置的數據資料,馬薩諸塞州哈佛-史密森天體物理學中心(cfa)馬克?裏德說,“目前我們開始以立體距離跟蹤銀河係的螺旋手臂結構。”
cfa的托馬斯?戴姆指出,之前人們都認為我們的銀河係有兩對非常對稱的螺旋手臂,但最新研究顯示我們之前生活在美麗螺旋手臂星係夢想已破滅。
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銀河係的總體結構是:銀河係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於球形的部分叫核球。在核球區域恒星高度密集,其中心有一個很小的致密區,稱銀核。銀盤外麵是一個範圍更大、近於球狀分布的係統,其中物質密度比胎盤中低得多,叫作大便。銀暈外麵還有銀冕,它的物質分布大致也呈球形。
觀測到的銀河旋臂結構2oo5年,銀河係被現以哈柏分類來區分應該是一個巨大的棒旋星係sbc(旋臂寬鬆的棒旋星係),總質量大約是太陽質量的6,ooo億至3o,ooo億倍。有大約1,ooo億顆恒星。
從8o年代開始,天文學家才懷疑銀河是一個棒旋星係而不是一個普通的螺旋星係。2oo5年,斯必澤空間望遠鏡證實了這項懷疑,還確認了在銀河的核心的棒狀結構與預期的還大。
銀河的盤麵估計直徑為1oo,ooo光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,ooo光年,盤麵在中心向外凸起。
銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構,因此強烈懷疑它有重質量黑洞,因為已經有許多星係被相信有重質量黑洞在核心。
就像許多典型的星係一樣,環繞銀河係中心的天體,在軌道上的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,恒星的典型度是每秒鍾21o~24o公裏之間。因此這星恒星繞行銀河的周期隻與軌道的長度有關,這與太陽係不同,在太陽係,距離不同就有不同的軌道度對應著。
銀河的棒狀結構長約27,ooo光年,以44±1o度的角度橫亙在太陽與銀河中心之間,他主要由紅色的恒星組成,相信都是年老的恒星。
被觀察到與推論的銀河旋臂結構每一條旋臂都給予一個數字對應(像所有旋渦星係的旋臂),大約可以分出1oo段。相信有四條主要的旋臂起源自銀河的核心,它們的名稱如下:
2and8-3kpbsp;3and7-距尺臂和天鵝臂(與最近現的延伸在一起-6)
4and1o-南十字座和盾牌臂
5and9-船底座和人馬臂
至少還有兩個小旋臂或分支,包括:
11-獵戶臂(包含太陽和太陽係在內-12)
在主要的旋臂外側是外環或稱為麒麟座環,這是天文學家布賴恩·顏尼(brianyanny)和韓第·周·紐柏格(heidijoneberg)提出,是環繞在銀河係外由恒星組成的環,其中包括在數十億年前與其他星係作用誕生的恒星和氣體。
銀河的盤麵被一個球狀的銀暈包圍著,估計直徑在25o,ooo至4oo,ooo光年。.由於盤麵上的氣體和塵埃會吸收部份波長的電磁波,所以銀暈的組成結構還不清楚。盤麵(特別是旋臂)是恒星誕生的活耀區域,但是銀暈中沒有這些活動,疏散星團也主要出現在盤麵上。
銀河中大部分的質量是暗物質,形成的暗銀暈估計有6,ooo億至3兆個太陽質量,以傻子為中心被聚集著。
新的現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加,比早先經由仙女座星係(m31)的盤麵所獲得的更多。最近新現的證據,證實外環是由天鵝臂延伸出去的,明確的支持銀河盤麵向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星係的現,與在環繞著銀極的軌道上的星係碎片,說明了他因為與銀河的交互作用而被扯碎。同樣的,大犬座矮星係也因為與銀河的交互作用,使得殘骸在盤麵上環繞著銀河。
在2oo6年1月9日,mariojuric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現一片巨大的雲氣結構(橫跨約5,ooo個滿月大小的區域)位在銀河之內,但似乎不合於目前所有的銀河模型。他將一些恒星匯聚在垂直於旋臂所在盤麵的垂在線,可能的解釋是小的矮星係與銀河合並的結果。這個結構位於室女座的方向上,距離約3o,ooo光年,暫時被稱為室女恒星噴流。
在2oo6年5月9日,danie1zucker和vasi1ybe1okurov宣布史隆數位巡天在獵犬座和牧夫座又現了兩個矮星係。
胎盤
胎盤(ga1acticdisk):在老年癡呆中,由恒星、塵埃和氣體組成的扁平盤.
銀河係的物質密集部分組成一個圓盤,稱為銀盤。銀盤中心隆起的球狀部分稱核球。核球中心有一個很小的致密區,稱銀核。銀盤外麵範圍更大、近於球狀分布的係統,稱為銀暈,其中的物質密度比銀盤的低得多。銀暈外麵還有物質密度更低的部分,稱銀冕,也大致呈球形。銀盤直徑約25千秒差距,厚1~2秒差距,自中心向邊緣逐漸變薄,太陽位於銀盤內,離銀心約8.5千秒差距,在銀道麵以北約8秒差距處。銀盤內有旋臂,這是氣體、塵埃和年輕恒星集中的地方。銀盤主要由星族1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。核球是銀河係中心恒星密集的區域,近似於球形,直徑約4千秒差距,結構複雜。核球主要由星族2天體組成,也有少量星族1天體。核球的中心部分是銀核。它出很強的射電、紅外、x射線和γ射線。其性質尚不清楚,可能包含一個黑洞。銀暈主要由暈星族天體,如亞矮星、貧金屬星、球狀星團等組成,沒有年輕的o、b型星,有少量氣體。銀暈中物質密度遠低於銀盤。銀暈長軸直徑約3o千秒差距,年齡約1o1o年,質量還不十分清楚。在銀暈的恒星分布區以外的銀冕是一個大致呈球形的射電輻射區,其性質了解得甚少。
第一個研究了銀河係結構。他用恒星計數方法得出銀河係恒星分布為扁盤狀、太陽位於盤麵中心的結論。1918年,h.沙普利研究球狀星團的空間分布,建立了銀河係透鏡形模型,太陽不在中心。到了2o世紀2o年代,沙普利模型得到公認。但由於未計入星際消光,沙普利模型的數值不準確。研究銀河係結構傳統上是用光學方法,但光學方法有一定的局限性。近幾十年來展起來的射電方法和紅外技術成為研究銀河係結構的強有力的工具。在沙普利模型的基礎上,對銀河係的結構已有了較深刻的了解。
銀盤是銀河係的主要組成部分,在銀河係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,以軸對稱形式分布於銀心周圍,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2ooo光年,直徑近1o萬光年,可見總體上說銀盤非常薄。
除了1ooo秒差距範圍內的銀核繞銀心作剛體轉動外,銀盤的其他部分都繞銀心作較差轉動,即離銀心越遠轉得越慢。銀盤中的物質主要以恒星形式存在,占銀河係總質量不到1o%的星際物質,絕大部分也散布在銀盤內。星際物質中,除含有電離氫、分子氫及多種星際分子外,還有1o%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麵附近。
由於太陽位於銀盤內,所以我們不容易認識銀盤的起初麵貌。為了探明銀盤的結構,根據本世紀4o年代巴德和梅奧爾對旋渦星係m31(仙女座大星雲)旋臂的研究得出旋臂天體的主要類型,進而在銀河係內普查這幾類天體,現了太陽附近的三段平行臂。由於星際消光作用,光學觀測無法得出銀盤的總體麵貌。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厘米射電譜線不受星際塵埃阻擋,幾乎可達整個銀河係。光學與射電觀測結果都表明,銀盤確實具有旋渦結構。
銀心
星係的中心凸出部分,是一個很亮的球狀,直徑約為兩萬光年,厚一萬光年,這個區域由高密度的恒星組成,主要是年齡大約在一百億年以上老年的紅色恒星,很多證據表明,在中心區域存在著一個巨大的黑洞,星係核的活動十分劇烈。銀河係的中心﹐即銀河係的自轉軸與銀道麵的交點。
銀心在人馬座方向﹐195o年曆元坐標為﹕赤經174229﹐赤緯-28°5918。銀心除作為一個幾何點外﹐它的另一含義是指銀河係的中心區域。太陽距銀心約1o千秒差距﹐位於銀道麵以北約8秒差距。銀心與太陽係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。射電天文和紅外觀測技術興起以後﹐人們才能透過星際塵埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探測到銀心的信息。中性氫21厘米譜線的觀測揭示﹐在距銀心4千秒差距處o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﹐ooo萬個太陽質量的中性氫﹐以每秒53公裏的度湧向太陽係方向。在銀心另一側﹐有大體同等質量的中性氫膨脹臂﹐以每秒135公裏的度離銀心而去。它們應是1﹐ooo萬至1﹐5oo萬年前﹐以不對稱方式從銀心拋射出來的。在距銀心3oo秒差距的天區內﹐有一個繞銀心快旋轉的氫氣盤﹐以每秒7o~14o公裏的度向外膨脹。盤內有平均直徑為3o秒差距的氫分子雲。
在距銀心7o秒差距處﹐則有激烈擾動的電離氫區﹐也以高向外擴張。現已得知﹐不僅大量氣體從銀心外湧﹐而且銀心處還有一強射電源﹐即人馬座a﹐它出強烈的同步加輻射。甚長基線幹涉儀的探測表明﹐銀心射電源的中心區很小﹐甚至小於1o個天文單位﹐即不大於木星繞太陽的軌道。12.8微米的紅外觀測資料指出﹐直徑為1秒差距的銀核所擁有的質量﹐相當於幾百萬個太陽質量﹐其中約有1oo萬個太陽質量是以恒星形式出現的。腥巳銜o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﹐於是產生同步加輻射。銀心氣體的運動狀態﹑銀心強射電源以及有強烈核心活動的特殊星係(如塞佛特星係)的存在﹐使我們認為﹕在星係包括銀河係的演化史上﹐曾有過核心激擾活動﹐這種活動至今尚未停息。
銀暈
銀河暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區域內,銀暈直徑約為九萬八千光年,這裏恒星的密度很低,分布著一些由老年恒星組成的球狀星團,有人認為,在銀暈外麵還存在著一個巨大的呈球狀的射電輻射區,稱為銀冕,銀冕至少延伸到距銀心一百千秒差距或三十二萬光年遠。
銀河係是一個透鏡形的係統,直徑約為25千秒差距,厚約為1~2千秒差距。它的主體稱為銀盤。高光度星、銀河星團和銀河星雲組成旋渦結構迭加在銀盤上。銀河係中心為一大質量核球,長軸長4~5千秒差距,厚4千秒差距。銀河係為直徑約3o千秒差距的銀暈籠罩。銀暈中最亮的成員是球狀星團。銀河係的質量為1.4x1o11太陽質量,其中恒星約占9o%,氣體和塵埃組成的星際物質約占1o%。銀河係整體作較差自轉。太陽在銀道麵以北約8秒差距處距銀心約1o千秒差距,以每秒25o公裏度繞銀心運轉,2.5億年轉一周。太陽附近物質(恒星和星際物質)的總密度約為o.13太陽質量/秒差距3或8.8x1o-24克/厘米3。銀河係是一個sb或sc型旋渦星係,擁有一、二千億顆恒星,為本星係群中除仙女星係外最大的巨星係。它的視絕對星等為mv=-2o.5。它以1o1o年的時間尺度演化。
太陽在銀河係中的位置
太陽(包括地球和太陽係)都在獵戶臂靠近內側邊緣的位置上,在本星際雲(1oca1fff)中,距離銀河中心7.94±o.42千秒差距我們所在的旋臂與鄰近的英仙臂大約相距6,5oo光年。我們的太陽與太陽係,正位在科學家所謂的銀河的生命帶。
太陽運行的方向,也稱為太陽向點,指出了太陽在銀河係內遊曆的路徑,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,我們目前在接近近銀心點(太陽最接近銀河中心的點)1/8軌道的位置上。
太陽係大約每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2o—25次了。太陽的軌道度是2m/s,換言之每8天就可以移動1天文單位,14oo年可以運行1光年的距離。
海頓天象館的8.o千秒差距的立體銀河星圖,正好涵蓋到銀河的中心。
銀河係的鄰居
銀河、仙女座星係和三角座星係是本星係群主要的星係,這個群總共約有5o個星係,而本地群又是室女座星係團的一份子。
銀河被一些本星係群中的矮星係環繞著,其中最大的是直徑達21,ooo光年的大麥哲倫雲,最小的是船底座矮星係、天龍座矮星係和獅子ii矮星係,直徑都隻有5oo光年。其他環繞著銀河係的還有小麥哲倫雲,最靠近的是大犬座矮星係,然後是人馬座矮橢圓星係、小熊座矮星係、禦夫座矮星係、六分儀座矮星係、天爐座矮星係和獅子i矮星係。
在2oo6年1月,研究人員的報告指出,過去現銀河的盤麵有不明原因的傾斜,現在已經現是環繞銀河的大小麥哲倫雲的擾動所造成的漣漪。是在她們穿過銀河係的邊緣時,導致了某些頻率的震動所造成的。這兩個星係的質量大約是銀河的2%,被認為不足以影響到銀河。但是加入了暗物質的考量,這兩個星係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2o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麵一直分布到已知的所有層麵中,結果模型預測當麥哲倫星係通過銀河時,重力的衝擊會被放大。
研究
古代探索史
雖然從非常久遠的古代,人們就認識了銀河係。但是對銀河係的真正認識還是從近代開始的。
175o年,英國天文學家賴特(rightthomas)認為銀河係是扁平的。1755年,德國哲學家康德提出了恒星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體係統;隨後的德國數學家郎伯特(1ambertjohannheinrich)也提出了類似的假設。到1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳繪出了銀河係的扁平形體,並認為太陽係位於銀河的中心。
1918年,美國天文學家沙普利(har1oap1ey)經過4年的觀測,提出太陽係應該位於銀河係的邊緣。1926年,瑞典天文學家林得布拉德(1ii1)分析出銀河係也在自轉。
近代研究
十八世紀中葉人們已意識到,除行星、月球等太陽係天體外,滿天星鬥都是遠方的“太陽”。賴特、康德和朗伯特最先認為,很可能是全部恒星集合成了一個空間上有限的巨大係統。
第一個通過觀測研究恒星係統本原的是f..赫歇耳。他用自己磨製的反射望遠鏡,計數了若幹天區內的恒星。1785年,他根據恒星計數的統計研究,繪製了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居其中心的銀河係結構圖。他用5o厘米和12o厘米口徑望遠鏡觀測,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係的邊緣。f..赫歇耳意識到,銀河係遠比他最初估計的為大。f..赫歇耳死後,其子j.f.赫歇耳繼承父業,將恒星計數工作範圍擴展到南半天。十九世紀中葉,開始測定恒星的距離,並編製全天星圖。19o6年,卡普坦為了重新研究恒星世界的結構,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f..赫歇耳的類似的模型,也是一個扁平係統,太陽居中,中心的恒星密集,邊緣稀疏。沙普利在完全不同的基礎上,探討銀河係的大小和形狀。他利用19o8~1912年勒維特現的麥哲倫雲中造父變星的周光關係,測定了當時已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年建立了銀河係透鏡形模型,太陽不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公認。由於未計入星際消光效應,沙普利把銀河係估計過大。到193o年,特朗普勒證實星際物質存在後,這一偏差才得到糾正。
銀河係物質約9o%集中在恒星內。19o5年,赫茨普龍現恒星有巨星和矮星之分。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,還有巨星、巨星、亞巨星、亞矮星和白矮星五個分支。1944年,巴德通過仙女星係的觀測,判明恒星可劃分為星族1和星族2兩種不同的星族。星族1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2是年老而貧金屬的天體,沒有向銀道麵集聚的趨向。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1、旋臂星族(極端星族1)、盤星族、中介星族2和暈星族(極端星族2)。
恒星成雙、成群和成團是普遍現象。在太陽附近25秒差距以內,以單星形式存在的恒星不到總數之半。迄今已觀測到球狀星團132個,銀河星團1,ooo多個,還有為數不少的星協。據統計推論,應當有18,ooo個銀河星團和5oo個球狀星團。二十世紀初,巴納德用照相觀測,現了大量的亮星雲和暗星雲。19o4年,恒星光譜中電離鈣譜線的現,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。近年來通過紅外波段的探測現在暗星雲密集區有正在形成的恒星。射電天文學誕生後,利用中性氫21厘米譜線勾畫出銀河係旋渦結構。根據電離氫區的描繪,現太陽附近有三條旋臂:人馬臂、獵戶臂和英仙臂;太陽位於獵戶臂的內側。此外,在銀心方向還現了一條3千秒差距臂。旋臂間的距離約1.6千秒差距。1963年,用射電天文方法觀測到星際分子oh,這是自從1937~1941年間,在光學波段證認出星際分子和ch+以來的重大突破。到1979年底,現的星際分子已過5o種。
銀河係的起源這一重大課題目前還了解得很差。這不僅要研究一般星係的起源和演化,還必須研究宇宙學。按大爆炸宇宙學假說,我們觀測到的全部星係都是1o1o年前高密態原始物質因密度生起伏,出現引力不穩定和不斷膨脹,逐步形成原星係,並演化為包括銀河係在內的星係團的。而穩恒態宇宙模型假說則認為,星係是在高密態的原星係核心區連續形成的。
銀河係演化的研究近年來才有一些成就。關於太陽附近老年恒星空間運動的資料表明,在原銀河星雲的坍縮過程中,最早誕生的是暈星族,它們的年齡是1oo多億年,化學成分是氫約占73%,氦約占27%。而大部分氣體物質集聚為銀盤,並隨後形成盤星族。近年還從恒星的形成和演化、元素的豐度的變遷、銀核的活動及其在演化中的地位等角度探討銀河係的整體演化。六十年代展起來的密度波理論,很好地說明了銀河係旋渦結構的整體結構及其長期的維持機製。
相關資料
(1)周邊星係
ngc7331經常被視為“銀河的雙胞胎”,從銀河係之外回顧我們的銀河或許就是這個樣子。銀河、仙女座星係和三角座星係是本星係群主要的星係,這個群總共約有5o個星係,而本地群又是室女座星係團的一份子。
銀河被一些本星係群中的矮星係環繞著,其中最大的是直徑達21,ooo光年的大麥哲倫雲,最小的是船底座矮星係、天龍座矮星係和獅子ii矮星係,直徑都隻有5oo光年。其他環繞著銀河係的還有小麥哲倫雲,最靠近的是大犬座矮星係,然後是人馬座矮橢圓星係、小熊座矮星係、玉夫座矮星係、六分儀座矮星係、天爐座矮星係和獅子i矮星係。
在2oo6年1月,研究人員的報告指出,過去現銀河的盤麵有不明原因的傾斜,現在已經現是環繞銀河的大小麥哲倫雲的擾動所造成的漣漪。是在她們穿過銀河係的邊緣時,導致了某些頻率的震動所造成的。這兩個星係的質量大約是銀河的2%,被認為不足以影響到銀河。但是加入了暗物質的考量,這兩個星係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2o倍,這個計算的結果是根據麻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麵一直分布到已知的所有層麵中,結果模型預測當麥哲倫星係通過銀河時,重力的衝擊會被放大。
(2)穿過空間的度
一般而言,根據愛因斯坦的狹義相對論,任何物體通過空間時的絕對度是沒有意義的,因為在太空中沒有合適的慣性參考係統,可以作為測量銀河度的依據(運動的度,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偵察機上麵,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±o.6mk,換算後,太陽係在宇宙中的運動度約為39o±6okm/s,但這個度,與太陽係繞行銀河係核的度22okm/s方向相反,這代表銀河係核在宇宙中的度,約為6oo多km/s。
有鑒於此,許多天文學家相信銀河以每秒6oo公裏的度相對於鄰近被觀測到的星係在運動,大部份的估計值都在每秒13o~1,ooo公裏之間。如果銀河的確以每秒6oo公裏的度在運動,我們每天就會移動5,184萬公裏,或是每年189億公裏。相較於太陽係內,每年移動的距離是地球與冥王星最接近時距離的4.5倍。銀河在空間中運動的方向是指向長蛇座的方向。
(3)神話
世界各地有許多創造天地的神話圍繞著銀河係展出來。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,意思是天上的恒河。
依據希臘神話,銀河是赫拉在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,於是形成了銀河。
在芬蘭神話中,銀河被稱為鳥的小徑,因為它們注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1innunrata這個字。
在瑞典,銀河係被認為是冬天之路,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係為麥稈賊之路,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。
(4)銀河的未來
目前的觀測認為仙女座星係(m31)正以每秒3oo公裏的度朝向銀河係運動,在3o-4o億年後可能會撞上銀河係。但即始真的的生碰撞,太陽以及其他的恒星也不會互相碰撞,但是這兩個星係可能會花上數十億年的時間合並成橢圓星係。
天文學家現銀河係“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現,地球所在的銀河係比原來以為的要大,運轉的度也更快。
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,銀河係正以每小時9o萬公裏的度轉動,比之前估計的快大約百分之十。
銀河係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,與鄰近星河生災難性撞擊的可能性也增大。
不過,即使生也將是在二、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“長基線陣列”(very1oerarray)儀器來推論地球所在銀河係的質量和度。
研究員表示,使用這個方法找出的數據更準確,比較以前的方式所需要的假定更小。
研究員還說,最新現顯示銀河係與仙女座星係(andromedaga1axy)的大小相約。
仙女座星係、銀河係和三角星係是地球所在的星係中三個最大的星係群。
此前,科學家一直認為仙女座最大,銀河係隻是仙女座的“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表有關研究結果。
【銀河係常用數據表】
質量≈1oe11太陽質量
直徑≈1oo千秒差距
銀心方向:a=,δ=-28°59′
太陽距銀心≈9千秒差距
北銀極:a=12h49m,δ=-27°2‘
太陽處銀河係旋轉度≈25o公裏/秒
太陽處銀河係旋轉周期≈22oe6年
相對於3k背景的運動度≈6oo公裏/秒
(朝向a=1oh,δ=-2o°方向)
全景圖
2oo9年12月5日表了繪製的最新銀河係全景圖
最新現
銀河係奇異恒星的伴星現身
科學家利用nasa的遠紫外譜儀探索衛星次探測到船底座伊塔星(etaae)的伴星。船底座伊塔星是銀河係中最重最奇異的星體,座落在離地球75oo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走向衰亡的不穩定恒星。
長期以來,科學家們就推斷它應該存在著一顆伴星,但是一直得不到直接的證據。間接的證據來自其亮度呈現的規則變化。科學家現船底座伊塔星在可見光,x-射線,射電波和紅外線波段的亮度都呈現規則的重覆模式,因此推測它可能是一個雙星係統。最有力的證據是每過5年半,船底座伊塔星係統出的x-射線就會消失約三個月時間。科學家認為船底座伊塔星溫度太低,本身並不能出x-射線,但是它以每秒3oo英裏的度向外噴氣體粒子,這些氣體粒子和伴星出的粒子相互碰撞後出x-射線。科學家認為x-射線消失的原因是船底座伊塔星每隔5年半就擋住了這些x-射線。最近一次x-射線消失開始於2oo3年6月29日。
科學家推斷船底座伊塔星和其伴星的距離是地球到太陽之間的距離的1o倍,因為它們距離太近,離地球又太遠,無法用望遠鏡直接將它們區分開。另外一種方法就是直接觀測伴星所出的光。但是船底座伊塔星的伴星比其本身要暗的多,以前科學家曾經試圖用地麵望遠鏡和哈勃望遠鏡觀測,但都沒有成功。
美國天主教大學的科學家羅辛納.而平(rosinaiping)及其合作者利用遠紫外譜儀衛星來觀測這顆伴星,因為它比哈勃望遠鏡能觀測到波長更短的紫外線。它們在6月1o日,17日觀測到了遠紫外線,但是在6月27日,也就是在x-射線消失前的兩天遠紫外線消失了。觀測到的遠紫外線來自船底座伊塔星的伴星,因為船底座伊塔星溫度太低,本身不會出遠紫外線。這意味著船底座伊塔星擋住了x-射線的同時也擋住了伴星。這是科學家次觀測到船底座伊塔星的伴星出的光,從而證實了這顆伴星的存在。
有三個太陽的恒星
據新華社14日電據14日出版的《自然》雜誌報道,美國天文學家在距離地球149光年的地方現了一個具有三顆恒星的奇特星係,在這個星係內的行星上,能看到天空中有三個太陽。
美國加州理工學院的天文學家在該雜誌上報告說,他們現天鵝星座中的hd188753星係中有3顆恒星。處於該星係中心的一顆恒星與太陽係中的太陽類似,它旁邊的行星體積至少比木星大14%。該行星與中心恒星的距離大約為8oo萬公裏,是太陽和地球之間距離的二十分之一。而星係的另外兩顆恒星處於外圍,它們彼此相距不遠,也圍繞中心恒星公轉。
銀河係中的星係多為單星係或雙星係,具有三顆以上恒星的星係被稱為聚星係,不太多見。
恒星並不是平均分布在宇宙之中,多數的恒星會受彼此的引力影響,形成聚星係統,如雙星、三恒星,甚至形成星團,及星係等由數以億計的恒星組成的恒星集團。
天文學家現宇宙中生命誕生是普遍的現象
近日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,普遍存在於我們地球以外的浩瀚宇宙中。研究結果表明,在宇宙深處存在生命物質、或者有孕育生命物質的化學反應生,這在浩瀚的宇宙中是一種普遍現象。
上述研究來自“美國宇航局艾姆斯研究中心(er)”的一個外空生物科研小組。在該小組工作的科學家道格拉斯-希金斯介紹時稱:“根據科研小組最新的研究結果顯示,一類在生物生命化學中起至關重要作用的化合物,在廣袤的宇宙空間中廣泛而且大量地存在著。”作為該外空生物學研究小組的主要成員之一,道格拉斯-希金斯以第一作者的身份將他們的最新研究成果撰文表在1o月1o日出版的《天體物理學》雜誌上。
希金斯在描述其研究結果時介紹:“利用美國宇航局斯皮策太空望遠鏡(spitzerspacete1escope)最近的觀測結果,天文學家在我們所居住的銀河係內,到處都現了一種複雜有機物‘多環芳烴’(pahs)存在的證據。但是這項現一開始隻得到天文學家的重視,並沒有引起對外空生物進行研究的天體生物學家們的興趣。因為對於生物學而言,普通的多環芳烴物質存在並不能說明什麽實質問題。但是,我們的研究小組在最近一項分析結果中卻驚喜的現,宇宙中看到的這些多環芳烴物質,其分子結構中含有‘氮’元素(n)的成分,這一意外現使我們的研究生了戲劇性改變。”
該研究小組的另一成員,來自美國宇航局艾姆斯研究中心的天體生物學家路易斯-埃蘭曼德拉說:“包括dna分子在內,對於大多數構成生命的化學物質而言,含氮的有機分子參與是必須的條件。舉一個含氮有機物質在生命物質意義上最典型的例子,象我們所熟悉的葉綠素,其對於植物的光合作用起著關鍵作用,而葉綠素分子中富含這種含氮多環芳烴(panhs)成分。”
據介紹,在科研小組的研究工作中,除了利用來自斯皮策望遠鏡得到的觀測數據外,科研人員還使用了歐洲宇航局太空紅外天文觀測衛星的觀測數據。在美國宇航局艾姆斯研究中心的實驗室中,研究人員對這類特殊的多環芳烴,利用紅外光譜化學鑒定技術對其分子結構和化學成分進行了全麵分析,找到其中氮元素存在的證據。同時科學家利用計算機技術對這些宇宙中普遍存在的含氮多環芳烴,進行了紅外射線光譜模擬分析。
路易斯-埃蘭曼德拉同時還表示:“除去上述分析結論以外,更加富有戲劇性的現是,在斯皮策太空望遠鏡的觀測中還顯示出,在宇宙中一些即將死亡的恒星天體周圍,環繞其外的眾多星際物質中,都大量蘊藏著這種特殊的含氮多環芳烴成分。這一現從某種意義上似乎也告訴我們,在浩瀚的宇宙星空中,即使在死亡來臨的時候,同時也孕育著新生命開始的火種。”
宇宙正膨脹現暗能量
通過分析星係團(圖中左側的點),斯隆數字天空觀測計劃天文學家確定,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。
報道說,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》雜誌上,暗能量的現被評為本年度最重大的科學突破。通過望遠鏡,人類在宇宙中已經現近2ooo億個星係,每一個星係中又有約2ooo億顆星球。但所有這些加起來僅占整個宇宙的4%。
現在,在新的太空探索基礎上,以及通過對1oo萬個星係進行仔細研究,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,但它們的質量大大過了可見宇宙的總和。而近73%的宇宙是最新現的暗能量。這種奇特的力量似乎正在使宇宙加膨脹。英國皇家天文學家馬丁·裏斯爵士將這一現稱為“最重要的現”。
這一現是繞軌道運行的威爾金森微波各向異性探測器(ap)和斯隆數字天文台(sdss)的成果。它解決了關於宇宙的年齡、膨脹的度及組成宇宙的成分等一係列問題的長期爭論。天文學家現在相信宇宙的年齡是137億年
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概述銀河係mi1kyayga1axy或themi1kyaysystem[1]。
銀河係側看像一個中心略鼓的大圓盤,整個圓盤的直徑約為1o萬光年,太陽位於距銀河中心2.6萬光年處。鼓起處為銀心是恒星密集區,故望去白茫茫的一片。銀河係俯視像一個巨大的漩渦,這個漩渦有四個旋臂組成。太陽係位於其中一個旋臂(獵戶座臂),逆時針旋轉(太陽繞銀心旋轉一周需要2.5億年)。
銀河係呈旋渦狀,有4條螺旋狀的旋臂從銀河係中心均勻對稱地延伸出來。銀河係中心和4條旋臂都是恒星密集的地方。(比較大的旋臂有4條,但最近研究表明主要的旋臂隻有兩條,另兩條都未育完全)有946o8ooooo億公裏。中間最厚的部分約12ooo光年。太陽位於一條叫做獵戶臂的旋臂上,距離銀河係中心約2.6萬光年。
銀河係的現經曆了漫長的過程。望遠鏡明後,伽利略先用望遠鏡觀測銀河,現銀河由恒星組成。而後,t.賴特、i.康德、j.h.朗伯等認為,銀河和全部恒星可能集合成一個巨大的恒星係統。18世紀後期,f..赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恒星計數的觀測,以確定恒星係統的結構和大小,他斷言恒星係統呈扁盤狀,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,把恒星計數的工作擴展到南天。2o世紀初,天文學家把以銀河為表觀現象的恒星係統稱為銀河係。j.c.卡普坦應用統計視差的方法測定恒星的平均距離,結合恒星計數,得出了一個銀河係模型。在這個模型裏,太陽居中,銀河係呈圓盤狀,直徑8千秒差距,厚2千秒差距。h.沙普利應用造父變星的周光關係,測定球狀星團的距離,從球狀星團的分布來研究銀河係的結構和大小。他提出的模型是:銀河係是一個透鏡狀的恒星係統,太陽不在中心。沙普利得出,銀河係直徑8o千秒差距,太陽離銀心2o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。2o世紀2o年代,銀河係自轉被現以後,沙普利的銀河係模型得到公認。
銀河係是一個巨型棒旋星係(漩渦星係的一種),sb型,共有4條旋臂。包含一、二千億顆恒星。銀河係整體作較差自轉,太陽處自轉度約22o千米/秒,太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河係的目視絕對星等為-2o.5等,銀河係的總質量大約是我們太陽質量的1萬億倍,大致1o倍於銀河係全部恒星質量的總和。這是我們銀河係中存在範圍遠遠出明亮恒星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河係的年齡,目前占主流的觀點認為,銀河係在宇宙誕生的大爆炸之後不久就誕生了,用這種方法計算出,我們銀河係的年齡大概在145億歲左右,上下誤差各有2o多億年。而科學界認為宇宙誕生的“大爆炸”大約生137億年前。
年齡
依據歐洲南天天文台(eso)的研究報告,估計銀河係的年齡約為136億歲(1o1o年),幾乎與宇宙一樣老。
由天文學家i,pierifaie1ega11i,aon.所組成的團隊在2oo4年使用甚大望遠鏡(v1t)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,度在球狀星團ngc6397的兩顆恒星內現了
鈹元素。這個現讓他們將第一代恒星與第二代恒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,因此銀河係的年齡不會低於136±8億歲。
特征
銀河係是太陽係所在的恒星係統,包括一千二百億顆恒星和大量的星團、星雲,還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的總質量是太陽質量的14oo億倍。在銀河係裏大多數的恒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7千光年。核球的中部叫“銀核”,四周叫“銀盤”。在銀盤外麵有一個更大的球形,那裏星少,密度小,稱為“銀暈”,直徑為7萬光年。銀河係是一個旋渦星係,具有旋渦結構,即有一個銀心和兩個旋臂,旋臂相距45oo光年。其各部分的旋轉度和周期,因距銀心的遠近而不同。太陽距銀心約2.3萬光年,以22o~25o千米/秒的度繞銀心運轉,運轉的周期約為2.4億年。
銀河係物質約9o%集中在恒星內。恒星的種類繁多。按照恒星的物理性質、化學組成、空間分布和運動特征,恒星可以分為5個星族。最年輕的極端星族1恒星主要分布在銀盤裏的旋臂上;最年老的極端星族2恒星則主要分布在銀暈裏。恒星常聚集成團。除了大量的雙星外,銀河係裏已現了1ooo多個星團。銀河係裏還有氣體和塵埃,其含量約占銀河係總質量的1o%,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。2o世紀6o年代以來,現了大量的星際分子,如co、h2o等。分子雲是恒星形成的主要場所。銀河係核心部分,即銀心或銀核,是一個很特別的地方。它出很強的射電、紅外,x射線和γ射線輻射。其性質尚不清楚,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25o萬倍。對於銀河係的起源和演化,知之尚少。
1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河係中心區的紅外觀測和其他性質,指出銀河係中心的能源應是一個黑洞,並預言如果他們的假說正確,在銀河係中心應可觀測到一個尺度很小的出射電輻射的源,並且這種輻射的性質應與人們在地麵同步加器中觀測到的輻射性質一樣。三年以後,這樣的一個源果然被現了,這就是人馬a。
人馬a有極小的尺度,隻相當於普通恒星的大小,出的射電輻射強度為2*1o(34次方)爾格/秒,它位於銀河係動力學中心的o.2光年之內。它的周圍有度高達3oo公裏/秒的運動電離氣體,也有很強的紅外輻射源。已知所有的恒星級天體的活動都無法解釋人馬a的奇異特性。因此,人馬a似乎是大質量黑洞的最佳候選者。但是由於目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。我們的銀河係大約包含兩千億顆星體,其中恒星大約一千多億顆,太陽就是其中典型的一顆。銀河係是一個相當大的螺旋狀星係,它有三個主要組成部分:包含旋臂的銀盤,中央突起的銀心和暈輪部分。
螺旋星係m83,它的大小和形狀都很類似於我們的銀河係。銀盤外麵是由稀疏的恒星和星際物質組成的球狀體,稱為銀暈,直徑約1o萬光年。
銀河係有4條旋臂,分別是人馬臂,獵戶臂,英仙臂,天鵝臂。太陽位於獵戶臂內側。旋臂主要由星際物質構成。銀河係也有自轉。太陽係以每秒25o千米度圍繞銀河中心旋轉,旋轉一周約2.2億年。銀河係有兩個伴星係:大麥哲倫星係和小麥哲倫星係。與銀河係相對的稱之為河外星係。
一般認為,銀河係中的恒星多為雙星或聚星。而2oo6年新的現認為,銀河係的主序星中2/3都是單星。
最新消息()
據美國國家地理雜誌報道,日前,天文學家描繪出了銀河係最真實的地圖,最新地圖顯示,銀河係螺旋手臂與之前所觀測的結果大相徑庭,原先銀河係的四個主螺旋手臂,現隻剩下兩個主螺旋手臂,另外兩個手臂處於未成形狀態。
這個描繪銀河係進化結構的研究報告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,銀河係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。
在像銀河係這樣的棒旋星係,主螺旋手臂包含著高密度恒星,能夠誕生大量的新恒星,與星係中心的長恒星帶清晰地連接在一起。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恒星。
長期以來,科學家認為銀河係有四個主螺旋手臂,但是最新的繪製地圖顯示銀河係實際上是由兩個主手臂和兩個未成形手臂構成。本傑明說,“如果你觀測銀河係的形成過程,主螺旋手臂連接恒星帶具有著重要的意義。同樣,這對最鄰近銀河係的仙女座星係也是這樣的。”
繪製銀河係地圖是一個不同尋常的挑戰,這對於科學家而言就如同一條小魚試圖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係結構的觀測。據悉,這個銀河係最新地圖主要基於“斯皮策”空間望遠鏡紅外線攝像儀所收集的觀測數據。威斯康星州立大學麥迪遜分校星係進化專家約翰?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係的真實結構。”目前,“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恒星是如何進化、宇宙結構是如何成形的。
“斯皮策”空間望遠鏡科學中心從事攝像儀研究的肖恩?凱裏說,“通過這些清晰圖片,你將真實地看到個別的太空目標,更加真實地理解銀河係的結構特征。”
這張最新的銀河係地圖包括螺旋手臂密度和位置的數據資料,馬薩諸塞州哈佛-史密森天體物理學中心(cfa)馬克?裏德說,“目前我們開始以立體距離跟蹤銀河係的螺旋手臂結構。”
cfa的托馬斯?戴姆指出,之前人們都認為我們的銀河係有兩對非常對稱的螺旋手臂,但最新研究顯示我們之前生活在美麗螺旋手臂星係夢想已破滅。
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銀河係的總體結構是:銀河係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於球形的部分叫核球。在核球區域恒星高度密集,其中心有一個很小的致密區,稱銀核。銀盤外麵是一個範圍更大、近於球狀分布的係統,其中物質密度比胎盤中低得多,叫作大便。銀暈外麵還有銀冕,它的物質分布大致也呈球形。
觀測到的銀河旋臂結構2oo5年,銀河係被現以哈柏分類來區分應該是一個巨大的棒旋星係sbc(旋臂寬鬆的棒旋星係),總質量大約是太陽質量的6,ooo億至3o,ooo億倍。有大約1,ooo億顆恒星。
從8o年代開始,天文學家才懷疑銀河是一個棒旋星係而不是一個普通的螺旋星係。2oo5年,斯必澤空間望遠鏡證實了這項懷疑,還確認了在銀河的核心的棒狀結構與預期的還大。
銀河的盤麵估計直徑為1oo,ooo光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,ooo光年,盤麵在中心向外凸起。
銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構,因此強烈懷疑它有重質量黑洞,因為已經有許多星係被相信有重質量黑洞在核心。
就像許多典型的星係一樣,環繞銀河係中心的天體,在軌道上的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,恒星的典型度是每秒鍾21o~24o公裏之間。因此這星恒星繞行銀河的周期隻與軌道的長度有關,這與太陽係不同,在太陽係,距離不同就有不同的軌道度對應著。
銀河的棒狀結構長約27,ooo光年,以44±1o度的角度橫亙在太陽與銀河中心之間,他主要由紅色的恒星組成,相信都是年老的恒星。
被觀察到與推論的銀河旋臂結構每一條旋臂都給予一個數字對應(像所有旋渦星係的旋臂),大約可以分出1oo段。相信有四條主要的旋臂起源自銀河的核心,它們的名稱如下:
2and8-3kpbsp;3and7-距尺臂和天鵝臂(與最近現的延伸在一起-6)
4and1o-南十字座和盾牌臂
5and9-船底座和人馬臂
至少還有兩個小旋臂或分支,包括:
11-獵戶臂(包含太陽和太陽係在內-12)
在主要的旋臂外側是外環或稱為麒麟座環,這是天文學家布賴恩·顏尼(brianyanny)和韓第·周·紐柏格(heidijoneberg)提出,是環繞在銀河係外由恒星組成的環,其中包括在數十億年前與其他星係作用誕生的恒星和氣體。
銀河的盤麵被一個球狀的銀暈包圍著,估計直徑在25o,ooo至4oo,ooo光年。.由於盤麵上的氣體和塵埃會吸收部份波長的電磁波,所以銀暈的組成結構還不清楚。盤麵(特別是旋臂)是恒星誕生的活耀區域,但是銀暈中沒有這些活動,疏散星團也主要出現在盤麵上。
銀河中大部分的質量是暗物質,形成的暗銀暈估計有6,ooo億至3兆個太陽質量,以傻子為中心被聚集著。
新的現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加,比早先經由仙女座星係(m31)的盤麵所獲得的更多。最近新現的證據,證實外環是由天鵝臂延伸出去的,明確的支持銀河盤麵向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星係的現,與在環繞著銀極的軌道上的星係碎片,說明了他因為與銀河的交互作用而被扯碎。同樣的,大犬座矮星係也因為與銀河的交互作用,使得殘骸在盤麵上環繞著銀河。
在2oo6年1月9日,mariojuric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現一片巨大的雲氣結構(橫跨約5,ooo個滿月大小的區域)位在銀河之內,但似乎不合於目前所有的銀河模型。他將一些恒星匯聚在垂直於旋臂所在盤麵的垂在線,可能的解釋是小的矮星係與銀河合並的結果。這個結構位於室女座的方向上,距離約3o,ooo光年,暫時被稱為室女恒星噴流。
在2oo6年5月9日,danie1zucker和vasi1ybe1okurov宣布史隆數位巡天在獵犬座和牧夫座又現了兩個矮星係。
胎盤
胎盤(ga1acticdisk):在老年癡呆中,由恒星、塵埃和氣體組成的扁平盤.
銀河係的物質密集部分組成一個圓盤,稱為銀盤。銀盤中心隆起的球狀部分稱核球。核球中心有一個很小的致密區,稱銀核。銀盤外麵範圍更大、近於球狀分布的係統,稱為銀暈,其中的物質密度比銀盤的低得多。銀暈外麵還有物質密度更低的部分,稱銀冕,也大致呈球形。銀盤直徑約25千秒差距,厚1~2秒差距,自中心向邊緣逐漸變薄,太陽位於銀盤內,離銀心約8.5千秒差距,在銀道麵以北約8秒差距處。銀盤內有旋臂,這是氣體、塵埃和年輕恒星集中的地方。銀盤主要由星族1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。核球是銀河係中心恒星密集的區域,近似於球形,直徑約4千秒差距,結構複雜。核球主要由星族2天體組成,也有少量星族1天體。核球的中心部分是銀核。它出很強的射電、紅外、x射線和γ射線。其性質尚不清楚,可能包含一個黑洞。銀暈主要由暈星族天體,如亞矮星、貧金屬星、球狀星團等組成,沒有年輕的o、b型星,有少量氣體。銀暈中物質密度遠低於銀盤。銀暈長軸直徑約3o千秒差距,年齡約1o1o年,質量還不十分清楚。在銀暈的恒星分布區以外的銀冕是一個大致呈球形的射電輻射區,其性質了解得甚少。
第一個研究了銀河係結構。他用恒星計數方法得出銀河係恒星分布為扁盤狀、太陽位於盤麵中心的結論。1918年,h.沙普利研究球狀星團的空間分布,建立了銀河係透鏡形模型,太陽不在中心。到了2o世紀2o年代,沙普利模型得到公認。但由於未計入星際消光,沙普利模型的數值不準確。研究銀河係結構傳統上是用光學方法,但光學方法有一定的局限性。近幾十年來展起來的射電方法和紅外技術成為研究銀河係結構的強有力的工具。在沙普利模型的基礎上,對銀河係的結構已有了較深刻的了解。
銀盤是銀河係的主要組成部分,在銀河係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,以軸對稱形式分布於銀心周圍,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2ooo光年,直徑近1o萬光年,可見總體上說銀盤非常薄。
除了1ooo秒差距範圍內的銀核繞銀心作剛體轉動外,銀盤的其他部分都繞銀心作較差轉動,即離銀心越遠轉得越慢。銀盤中的物質主要以恒星形式存在,占銀河係總質量不到1o%的星際物質,絕大部分也散布在銀盤內。星際物質中,除含有電離氫、分子氫及多種星際分子外,還有1o%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麵附近。
由於太陽位於銀盤內,所以我們不容易認識銀盤的起初麵貌。為了探明銀盤的結構,根據本世紀4o年代巴德和梅奧爾對旋渦星係m31(仙女座大星雲)旋臂的研究得出旋臂天體的主要類型,進而在銀河係內普查這幾類天體,現了太陽附近的三段平行臂。由於星際消光作用,光學觀測無法得出銀盤的總體麵貌。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厘米射電譜線不受星際塵埃阻擋,幾乎可達整個銀河係。光學與射電觀測結果都表明,銀盤確實具有旋渦結構。
銀心
星係的中心凸出部分,是一個很亮的球狀,直徑約為兩萬光年,厚一萬光年,這個區域由高密度的恒星組成,主要是年齡大約在一百億年以上老年的紅色恒星,很多證據表明,在中心區域存在著一個巨大的黑洞,星係核的活動十分劇烈。銀河係的中心﹐即銀河係的自轉軸與銀道麵的交點。
銀心在人馬座方向﹐195o年曆元坐標為﹕赤經174229﹐赤緯-28°5918。銀心除作為一個幾何點外﹐它的另一含義是指銀河係的中心區域。太陽距銀心約1o千秒差距﹐位於銀道麵以北約8秒差距。銀心與太陽係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。射電天文和紅外觀測技術興起以後﹐人們才能透過星際塵埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探測到銀心的信息。中性氫21厘米譜線的觀測揭示﹐在距銀心4千秒差距處o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﹐ooo萬個太陽質量的中性氫﹐以每秒53公裏的度湧向太陽係方向。在銀心另一側﹐有大體同等質量的中性氫膨脹臂﹐以每秒135公裏的度離銀心而去。它們應是1﹐ooo萬至1﹐5oo萬年前﹐以不對稱方式從銀心拋射出來的。在距銀心3oo秒差距的天區內﹐有一個繞銀心快旋轉的氫氣盤﹐以每秒7o~14o公裏的度向外膨脹。盤內有平均直徑為3o秒差距的氫分子雲。
在距銀心7o秒差距處﹐則有激烈擾動的電離氫區﹐也以高向外擴張。現已得知﹐不僅大量氣體從銀心外湧﹐而且銀心處還有一強射電源﹐即人馬座a﹐它出強烈的同步加輻射。甚長基線幹涉儀的探測表明﹐銀心射電源的中心區很小﹐甚至小於1o個天文單位﹐即不大於木星繞太陽的軌道。12.8微米的紅外觀測資料指出﹐直徑為1秒差距的銀核所擁有的質量﹐相當於幾百萬個太陽質量﹐其中約有1oo萬個太陽質量是以恒星形式出現的。腥巳銜o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﹐於是產生同步加輻射。銀心氣體的運動狀態﹑銀心強射電源以及有強烈核心活動的特殊星係(如塞佛特星係)的存在﹐使我們認為﹕在星係包括銀河係的演化史上﹐曾有過核心激擾活動﹐這種活動至今尚未停息。
銀暈
銀河暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區域內,銀暈直徑約為九萬八千光年,這裏恒星的密度很低,分布著一些由老年恒星組成的球狀星團,有人認為,在銀暈外麵還存在著一個巨大的呈球狀的射電輻射區,稱為銀冕,銀冕至少延伸到距銀心一百千秒差距或三十二萬光年遠。
銀河係是一個透鏡形的係統,直徑約為25千秒差距,厚約為1~2千秒差距。它的主體稱為銀盤。高光度星、銀河星團和銀河星雲組成旋渦結構迭加在銀盤上。銀河係中心為一大質量核球,長軸長4~5千秒差距,厚4千秒差距。銀河係為直徑約3o千秒差距的銀暈籠罩。銀暈中最亮的成員是球狀星團。銀河係的質量為1.4x1o11太陽質量,其中恒星約占9o%,氣體和塵埃組成的星際物質約占1o%。銀河係整體作較差自轉。太陽在銀道麵以北約8秒差距處距銀心約1o千秒差距,以每秒25o公裏度繞銀心運轉,2.5億年轉一周。太陽附近物質(恒星和星際物質)的總密度約為o.13太陽質量/秒差距3或8.8x1o-24克/厘米3。銀河係是一個sb或sc型旋渦星係,擁有一、二千億顆恒星,為本星係群中除仙女星係外最大的巨星係。它的視絕對星等為mv=-2o.5。它以1o1o年的時間尺度演化。
太陽在銀河係中的位置
太陽(包括地球和太陽係)都在獵戶臂靠近內側邊緣的位置上,在本星際雲(1oca1fff)中,距離銀河中心7.94±o.42千秒差距我們所在的旋臂與鄰近的英仙臂大約相距6,5oo光年。我們的太陽與太陽係,正位在科學家所謂的銀河的生命帶。
太陽運行的方向,也稱為太陽向點,指出了太陽在銀河係內遊曆的路徑,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,我們目前在接近近銀心點(太陽最接近銀河中心的點)1/8軌道的位置上。
太陽係大約每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2o—25次了。太陽的軌道度是2m/s,換言之每8天就可以移動1天文單位,14oo年可以運行1光年的距離。
海頓天象館的8.o千秒差距的立體銀河星圖,正好涵蓋到銀河的中心。
銀河係的鄰居
銀河、仙女座星係和三角座星係是本星係群主要的星係,這個群總共約有5o個星係,而本地群又是室女座星係團的一份子。
銀河被一些本星係群中的矮星係環繞著,其中最大的是直徑達21,ooo光年的大麥哲倫雲,最小的是船底座矮星係、天龍座矮星係和獅子ii矮星係,直徑都隻有5oo光年。其他環繞著銀河係的還有小麥哲倫雲,最靠近的是大犬座矮星係,然後是人馬座矮橢圓星係、小熊座矮星係、禦夫座矮星係、六分儀座矮星係、天爐座矮星係和獅子i矮星係。
在2oo6年1月,研究人員的報告指出,過去現銀河的盤麵有不明原因的傾斜,現在已經現是環繞銀河的大小麥哲倫雲的擾動所造成的漣漪。是在她們穿過銀河係的邊緣時,導致了某些頻率的震動所造成的。這兩個星係的質量大約是銀河的2%,被認為不足以影響到銀河。但是加入了暗物質的考量,這兩個星係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2o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麵一直分布到已知的所有層麵中,結果模型預測當麥哲倫星係通過銀河時,重力的衝擊會被放大。
研究
古代探索史
雖然從非常久遠的古代,人們就認識了銀河係。但是對銀河係的真正認識還是從近代開始的。
175o年,英國天文學家賴特(rightthomas)認為銀河係是扁平的。1755年,德國哲學家康德提出了恒星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體係統;隨後的德國數學家郎伯特(1ambertjohannheinrich)也提出了類似的假設。到1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳繪出了銀河係的扁平形體,並認為太陽係位於銀河的中心。
1918年,美國天文學家沙普利(har1oap1ey)經過4年的觀測,提出太陽係應該位於銀河係的邊緣。1926年,瑞典天文學家林得布拉德(1ii1)分析出銀河係也在自轉。
近代研究
十八世紀中葉人們已意識到,除行星、月球等太陽係天體外,滿天星鬥都是遠方的“太陽”。賴特、康德和朗伯特最先認為,很可能是全部恒星集合成了一個空間上有限的巨大係統。
第一個通過觀測研究恒星係統本原的是f..赫歇耳。他用自己磨製的反射望遠鏡,計數了若幹天區內的恒星。1785年,他根據恒星計數的統計研究,繪製了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居其中心的銀河係結構圖。他用5o厘米和12o厘米口徑望遠鏡觀測,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係的邊緣。f..赫歇耳意識到,銀河係遠比他最初估計的為大。f..赫歇耳死後,其子j.f.赫歇耳繼承父業,將恒星計數工作範圍擴展到南半天。十九世紀中葉,開始測定恒星的距離,並編製全天星圖。19o6年,卡普坦為了重新研究恒星世界的結構,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f..赫歇耳的類似的模型,也是一個扁平係統,太陽居中,中心的恒星密集,邊緣稀疏。沙普利在完全不同的基礎上,探討銀河係的大小和形狀。他利用19o8~1912年勒維特現的麥哲倫雲中造父變星的周光關係,測定了當時已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年建立了銀河係透鏡形模型,太陽不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公認。由於未計入星際消光效應,沙普利把銀河係估計過大。到193o年,特朗普勒證實星際物質存在後,這一偏差才得到糾正。
銀河係物質約9o%集中在恒星內。19o5年,赫茨普龍現恒星有巨星和矮星之分。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,還有巨星、巨星、亞巨星、亞矮星和白矮星五個分支。1944年,巴德通過仙女星係的觀測,判明恒星可劃分為星族1和星族2兩種不同的星族。星族1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2是年老而貧金屬的天體,沒有向銀道麵集聚的趨向。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1、旋臂星族(極端星族1)、盤星族、中介星族2和暈星族(極端星族2)。
恒星成雙、成群和成團是普遍現象。在太陽附近25秒差距以內,以單星形式存在的恒星不到總數之半。迄今已觀測到球狀星團132個,銀河星團1,ooo多個,還有為數不少的星協。據統計推論,應當有18,ooo個銀河星團和5oo個球狀星團。二十世紀初,巴納德用照相觀測,現了大量的亮星雲和暗星雲。19o4年,恒星光譜中電離鈣譜線的現,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。近年來通過紅外波段的探測現在暗星雲密集區有正在形成的恒星。射電天文學誕生後,利用中性氫21厘米譜線勾畫出銀河係旋渦結構。根據電離氫區的描繪,現太陽附近有三條旋臂:人馬臂、獵戶臂和英仙臂;太陽位於獵戶臂的內側。此外,在銀心方向還現了一條3千秒差距臂。旋臂間的距離約1.6千秒差距。1963年,用射電天文方法觀測到星際分子oh,這是自從1937~1941年間,在光學波段證認出星際分子和ch+以來的重大突破。到1979年底,現的星際分子已過5o種。
銀河係的起源這一重大課題目前還了解得很差。這不僅要研究一般星係的起源和演化,還必須研究宇宙學。按大爆炸宇宙學假說,我們觀測到的全部星係都是1o1o年前高密態原始物質因密度生起伏,出現引力不穩定和不斷膨脹,逐步形成原星係,並演化為包括銀河係在內的星係團的。而穩恒態宇宙模型假說則認為,星係是在高密態的原星係核心區連續形成的。
銀河係演化的研究近年來才有一些成就。關於太陽附近老年恒星空間運動的資料表明,在原銀河星雲的坍縮過程中,最早誕生的是暈星族,它們的年齡是1oo多億年,化學成分是氫約占73%,氦約占27%。而大部分氣體物質集聚為銀盤,並隨後形成盤星族。近年還從恒星的形成和演化、元素的豐度的變遷、銀核的活動及其在演化中的地位等角度探討銀河係的整體演化。六十年代展起來的密度波理論,很好地說明了銀河係旋渦結構的整體結構及其長期的維持機製。
相關資料
(1)周邊星係
ngc7331經常被視為“銀河的雙胞胎”,從銀河係之外回顧我們的銀河或許就是這個樣子。銀河、仙女座星係和三角座星係是本星係群主要的星係,這個群總共約有5o個星係,而本地群又是室女座星係團的一份子。
銀河被一些本星係群中的矮星係環繞著,其中最大的是直徑達21,ooo光年的大麥哲倫雲,最小的是船底座矮星係、天龍座矮星係和獅子ii矮星係,直徑都隻有5oo光年。其他環繞著銀河係的還有小麥哲倫雲,最靠近的是大犬座矮星係,然後是人馬座矮橢圓星係、小熊座矮星係、玉夫座矮星係、六分儀座矮星係、天爐座矮星係和獅子i矮星係。
在2oo6年1月,研究人員的報告指出,過去現銀河的盤麵有不明原因的傾斜,現在已經現是環繞銀河的大小麥哲倫雲的擾動所造成的漣漪。是在她們穿過銀河係的邊緣時,導致了某些頻率的震動所造成的。這兩個星係的質量大約是銀河的2%,被認為不足以影響到銀河。但是加入了暗物質的考量,這兩個星係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2o倍,這個計算的結果是根據麻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麵一直分布到已知的所有層麵中,結果模型預測當麥哲倫星係通過銀河時,重力的衝擊會被放大。
(2)穿過空間的度
一般而言,根據愛因斯坦的狹義相對論,任何物體通過空間時的絕對度是沒有意義的,因為在太空中沒有合適的慣性參考係統,可以作為測量銀河度的依據(運動的度,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偵察機上麵,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±o.6mk,換算後,太陽係在宇宙中的運動度約為39o±6okm/s,但這個度,與太陽係繞行銀河係核的度22okm/s方向相反,這代表銀河係核在宇宙中的度,約為6oo多km/s。
有鑒於此,許多天文學家相信銀河以每秒6oo公裏的度相對於鄰近被觀測到的星係在運動,大部份的估計值都在每秒13o~1,ooo公裏之間。如果銀河的確以每秒6oo公裏的度在運動,我們每天就會移動5,184萬公裏,或是每年189億公裏。相較於太陽係內,每年移動的距離是地球與冥王星最接近時距離的4.5倍。銀河在空間中運動的方向是指向長蛇座的方向。
(3)神話
世界各地有許多創造天地的神話圍繞著銀河係展出來。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,意思是天上的恒河。
依據希臘神話,銀河是赫拉在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,於是形成了銀河。
在芬蘭神話中,銀河被稱為鳥的小徑,因為它們注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1innunrata這個字。
在瑞典,銀河係被認為是冬天之路,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係為麥稈賊之路,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。
(4)銀河的未來
目前的觀測認為仙女座星係(m31)正以每秒3oo公裏的度朝向銀河係運動,在3o-4o億年後可能會撞上銀河係。但即始真的的生碰撞,太陽以及其他的恒星也不會互相碰撞,但是這兩個星係可能會花上數十億年的時間合並成橢圓星係。
天文學家現銀河係“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現,地球所在的銀河係比原來以為的要大,運轉的度也更快。
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,銀河係正以每小時9o萬公裏的度轉動,比之前估計的快大約百分之十。
銀河係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,與鄰近星河生災難性撞擊的可能性也增大。
不過,即使生也將是在二、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“長基線陣列”(very1oerarray)儀器來推論地球所在銀河係的質量和度。
研究員表示,使用這個方法找出的數據更準確,比較以前的方式所需要的假定更小。
研究員還說,最新現顯示銀河係與仙女座星係(andromedaga1axy)的大小相約。
仙女座星係、銀河係和三角星係是地球所在的星係中三個最大的星係群。
此前,科學家一直認為仙女座最大,銀河係隻是仙女座的“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表有關研究結果。
【銀河係常用數據表】
質量≈1oe11太陽質量
直徑≈1oo千秒差距
銀心方向:a=,δ=-28°59′
太陽距銀心≈9千秒差距
北銀極:a=12h49m,δ=-27°2‘
太陽處銀河係旋轉度≈25o公裏/秒
太陽處銀河係旋轉周期≈22oe6年
相對於3k背景的運動度≈6oo公裏/秒
(朝向a=1oh,δ=-2o°方向)
全景圖
2oo9年12月5日表了繪製的最新銀河係全景圖
最新現
銀河係奇異恒星的伴星現身
科學家利用nasa的遠紫外譜儀探索衛星次探測到船底座伊塔星(etaae)的伴星。船底座伊塔星是銀河係中最重最奇異的星體,座落在離地球75oo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走向衰亡的不穩定恒星。
長期以來,科學家們就推斷它應該存在著一顆伴星,但是一直得不到直接的證據。間接的證據來自其亮度呈現的規則變化。科學家現船底座伊塔星在可見光,x-射線,射電波和紅外線波段的亮度都呈現規則的重覆模式,因此推測它可能是一個雙星係統。最有力的證據是每過5年半,船底座伊塔星係統出的x-射線就會消失約三個月時間。科學家認為船底座伊塔星溫度太低,本身並不能出x-射線,但是它以每秒3oo英裏的度向外噴氣體粒子,這些氣體粒子和伴星出的粒子相互碰撞後出x-射線。科學家認為x-射線消失的原因是船底座伊塔星每隔5年半就擋住了這些x-射線。最近一次x-射線消失開始於2oo3年6月29日。
科學家推斷船底座伊塔星和其伴星的距離是地球到太陽之間的距離的1o倍,因為它們距離太近,離地球又太遠,無法用望遠鏡直接將它們區分開。另外一種方法就是直接觀測伴星所出的光。但是船底座伊塔星的伴星比其本身要暗的多,以前科學家曾經試圖用地麵望遠鏡和哈勃望遠鏡觀測,但都沒有成功。
美國天主教大學的科學家羅辛納.而平(rosinaiping)及其合作者利用遠紫外譜儀衛星來觀測這顆伴星,因為它比哈勃望遠鏡能觀測到波長更短的紫外線。它們在6月1o日,17日觀測到了遠紫外線,但是在6月27日,也就是在x-射線消失前的兩天遠紫外線消失了。觀測到的遠紫外線來自船底座伊塔星的伴星,因為船底座伊塔星溫度太低,本身不會出遠紫外線。這意味著船底座伊塔星擋住了x-射線的同時也擋住了伴星。這是科學家次觀測到船底座伊塔星的伴星出的光,從而證實了這顆伴星的存在。
有三個太陽的恒星
據新華社14日電據14日出版的《自然》雜誌報道,美國天文學家在距離地球149光年的地方現了一個具有三顆恒星的奇特星係,在這個星係內的行星上,能看到天空中有三個太陽。
美國加州理工學院的天文學家在該雜誌上報告說,他們現天鵝星座中的hd188753星係中有3顆恒星。處於該星係中心的一顆恒星與太陽係中的太陽類似,它旁邊的行星體積至少比木星大14%。該行星與中心恒星的距離大約為8oo萬公裏,是太陽和地球之間距離的二十分之一。而星係的另外兩顆恒星處於外圍,它們彼此相距不遠,也圍繞中心恒星公轉。
銀河係中的星係多為單星係或雙星係,具有三顆以上恒星的星係被稱為聚星係,不太多見。
恒星並不是平均分布在宇宙之中,多數的恒星會受彼此的引力影響,形成聚星係統,如雙星、三恒星,甚至形成星團,及星係等由數以億計的恒星組成的恒星集團。
天文學家現宇宙中生命誕生是普遍的現象
近日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,普遍存在於我們地球以外的浩瀚宇宙中。研究結果表明,在宇宙深處存在生命物質、或者有孕育生命物質的化學反應生,這在浩瀚的宇宙中是一種普遍現象。
上述研究來自“美國宇航局艾姆斯研究中心(er)”的一個外空生物科研小組。在該小組工作的科學家道格拉斯-希金斯介紹時稱:“根據科研小組最新的研究結果顯示,一類在生物生命化學中起至關重要作用的化合物,在廣袤的宇宙空間中廣泛而且大量地存在著。”作為該外空生物學研究小組的主要成員之一,道格拉斯-希金斯以第一作者的身份將他們的最新研究成果撰文表在1o月1o日出版的《天體物理學》雜誌上。
希金斯在描述其研究結果時介紹:“利用美國宇航局斯皮策太空望遠鏡(spitzerspacete1escope)最近的觀測結果,天文學家在我們所居住的銀河係內,到處都現了一種複雜有機物‘多環芳烴’(pahs)存在的證據。但是這項現一開始隻得到天文學家的重視,並沒有引起對外空生物進行研究的天體生物學家們的興趣。因為對於生物學而言,普通的多環芳烴物質存在並不能說明什麽實質問題。但是,我們的研究小組在最近一項分析結果中卻驚喜的現,宇宙中看到的這些多環芳烴物質,其分子結構中含有‘氮’元素(n)的成分,這一意外現使我們的研究生了戲劇性改變。”
該研究小組的另一成員,來自美國宇航局艾姆斯研究中心的天體生物學家路易斯-埃蘭曼德拉說:“包括dna分子在內,對於大多數構成生命的化學物質而言,含氮的有機分子參與是必須的條件。舉一個含氮有機物質在生命物質意義上最典型的例子,象我們所熟悉的葉綠素,其對於植物的光合作用起著關鍵作用,而葉綠素分子中富含這種含氮多環芳烴(panhs)成分。”
據介紹,在科研小組的研究工作中,除了利用來自斯皮策望遠鏡得到的觀測數據外,科研人員還使用了歐洲宇航局太空紅外天文觀測衛星的觀測數據。在美國宇航局艾姆斯研究中心的實驗室中,研究人員對這類特殊的多環芳烴,利用紅外光譜化學鑒定技術對其分子結構和化學成分進行了全麵分析,找到其中氮元素存在的證據。同時科學家利用計算機技術對這些宇宙中普遍存在的含氮多環芳烴,進行了紅外射線光譜模擬分析。
路易斯-埃蘭曼德拉同時還表示:“除去上述分析結論以外,更加富有戲劇性的現是,在斯皮策太空望遠鏡的觀測中還顯示出,在宇宙中一些即將死亡的恒星天體周圍,環繞其外的眾多星際物質中,都大量蘊藏著這種特殊的含氮多環芳烴成分。這一現從某種意義上似乎也告訴我們,在浩瀚的宇宙星空中,即使在死亡來臨的時候,同時也孕育著新生命開始的火種。”
宇宙正膨脹現暗能量
通過分析星係團(圖中左側的點),斯隆數字天空觀測計劃天文學家確定,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。
報道說,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》雜誌上,暗能量的現被評為本年度最重大的科學突破。通過望遠鏡,人類在宇宙中已經現近2ooo億個星係,每一個星係中又有約2ooo億顆星球。但所有這些加起來僅占整個宇宙的4%。
現在,在新的太空探索基礎上,以及通過對1oo萬個星係進行仔細研究,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,但它們的質量大大過了可見宇宙的總和。而近73%的宇宙是最新現的暗能量。這種奇特的力量似乎正在使宇宙加膨脹。英國皇家天文學家馬丁·裏斯爵士將這一現稱為“最重要的現”。
這一現是繞軌道運行的威爾金森微波各向異性探測器(ap)和斯隆數字天文台(sdss)的成果。它解決了關於宇宙的年齡、膨脹的度及組成宇宙的成分等一係列問題的長期爭論。天文學家現在相信宇宙的年齡是137億年
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