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        關(guān)于銀河系的冷知識

        2019-07-29 03:34:55馮二進一
        看世界 2019年15期

        馮二進一

        我們從太陽系里看銀河系,因為是從這個所謂“棒旋星系”盤狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部向外觀看,因此并不能看到它的全貌,即便借助各種探測器,也只能看到銀河系的某些部分。

        在以觀測者為球心的假想“天球”上,所見的銀河系部分,通常呈現(xiàn)為環(huán)繞一圈的帶狀,也被稱為銀河、星河、銀漢等。由于光污染的緣故,地球上超過1/3的人不能在家園看見銀河。

        地球的自轉(zhuǎn)軌道平面(赤道面)和公轉(zhuǎn)軌道平面(黃道面),相對于銀河盤面都有很大的傾斜。由于這種高傾斜度,在一年中不同的時間,銀河呈現(xiàn)出的那道“弧”出現(xiàn)在天空中的位置可以很高,也可以很低。

        除了這些“必修”知識,還有哪些值得了解的銀河系“冷知識”呢?

        1. 銀河系的中心發(fā)光嗎?

        銀河系的中心,既發(fā)光又不發(fā)光。

        知乎答主“不拿諾獎不改名”解釋道:銀河系的中心,可以指中心的那一個幾何點,即銀河系的自轉(zhuǎn)軸與銀道面的交點—銀心;也可以指銀河系中心的那一片區(qū)域。

        光是什么?一般我們所理解的光都是可見光,實際上,可見光只是電磁輻射的一個波段罷了。嚴格來說,整個電磁波段都可以叫作“光”。而在這里,光就是“亮”的意思,亮就是指比別的地方的電磁輻射強。

        銀河系中心究竟有沒有光?

        如果是指銀河系的中心區(qū)域—核球,那它是發(fā)光的,而且發(fā)出的光非常強。銀河系偏平的盤面叫作銀盤,由一個薄盤和一個較厚但是密度較低的厚盤組成,而核球是銀盤中心一個隆起的結(jié)構(gòu)。

        核球的中央部位被稱作銀核,那里有著密集的恒星群。也就是說,這些光是由恒星產(chǎn)生的,事實上,核球部分的光度占整個銀河系光度的15%左右。

        可惜,這些光無法用肉眼看到,因為從地球上向銀河系中心望去,我們的視線會被大量的星際氣體和塵埃遮擋。這些氣體和塵埃,對于來自銀河系中心的可見光輻射和紫外輻射,有著強烈的消光作用,光學消光達“30星等”。

        所以,對偏居銀河系一隅的我們來說,銀河系中心在光學波段上永遠是漆黑一片。

        從銀心的角度來看,銀河系中心是一個致密的射電源SgrA*(人馬座A*),而我們相信這其實是一個質(zhì)量約為10的6次方的超大質(zhì)量黑洞。常識告訴我們,黑洞是不發(fā)光的。但是黑洞的周圍是發(fā)光的。黑洞周圍存在著吸積盤,而吸積盤里存在著強大輻射。

        相關(guān)研究又表明,SgrA*周圍有著強烈的噴流,吸積盤和噴流共同產(chǎn)生了射電波段和X波段的輻射,同時產(chǎn)生了可見光波段的亮光(肉眼看不到是因前文提到的消光作用)。

        綜上,“銀心”不發(fā)光,但其周圍及“銀河系中心區(qū)域”發(fā)強光,可各種阻擋導致我們?nèi)庋劭床坏健?h3>2. 人類的探測器都沒走出太陽系,銀河系的結(jié)構(gòu)圖是怎么畫出來的?

        太陽系處于銀河系的盤面上,我們只能看到“側(cè)面”的銀河系。如果要得到銀河系“正面”圖像,則還需要一個重要的信息:距離。也就是說,側(cè)面的觀測只給了我們天體的位置X和Y,我們還需要距離Z,才能建構(gòu)起一個三維的銀河系圖景。

        銀河系和仙女座星系之間大約40億年后碰撞的模擬圖

        除了同河外星系的類比,我們獲得對銀河系的整體認識,更多地歸功于對“原子氫”和“分子氫”的觀測。

        根據(jù)知乎答主“野草”的介紹,即便與恒星的距離有很多種方法來測定,但星光架不住星際塵埃遮擋,只有太陽系周邊很小范圍的恒星可以被看到。不過,有一種波可以穿透星際塵埃,它便是銀河系內(nèi)“巨分子云”和“原子云”這些星際介質(zhì)所發(fā)出的光—射電波。

        大多數(shù)射電望遠鏡裝備了頻譜儀,和所有靠“譜”的信息一樣,它帶給我們這樣一個重要觀測量—速度。這個Velocity被叫作“本地靜止速度”,它對應著天體間的距離—氣體們繞著銀河系中心旋轉(zhuǎn),在視線方向上,不同的距離自然會顯現(xiàn)不一樣的速度特征。

        最早,“原子氫”巡天,得到了銀河系原子氣體的分布圖和速度-位置圖,并依此做出了銀河系的“旋轉(zhuǎn)曲線”,顯示出銀河系的形狀是:具有旋臂結(jié)構(gòu)的旋渦星系。

        但旋渦星系也可以長得不一樣。于是,人們對銀河系旋臂的數(shù)目和位置感興趣起來,隨后又觀測了銀河系的分子氣體—與到處彌漫在銀河系的原子氣體不同,分子氣體主要聚集在銀盤上。

        通過對分子氣體(例如分子氫,即氫氣)的觀測,人們發(fā)現(xiàn)銀河系有多條旋臂,星系的中心還有“棒”狀結(jié)構(gòu)。綜合全部圖景后,銀河系結(jié)構(gòu)想象圖就可以得出。

        接下來,口徑更大的望遠鏡(青海德令哈13.7m毫米波望遠鏡)對銀河系遙遠的部分進行了觀測,在2015年又看到了新延展的旋臂。太陽系不在主旋臂上,它處在英仙旋臂和人馬旋臂之間的本地旋臂上。本地旋臂和人馬旋臂間,有一個“刺”狀結(jié)構(gòu),像一座傾斜的橋連接著兩條旋臂。

        3. 銀河系以外的恒星,肉眼能看到嗎?

        肉眼的確能看到銀河系以外的天體,但那不是單個的恒星,而是跟銀河系“平級”的星系(那些看似云霧狀的星系,也被稱為“旋渦星云”)。

        河外星系中,最為人們所熟知的是仙女座星系M31。它是我們在銀河系之外,唯一平常目視可見的“大星系”(它有7個伴星系,如M32和M110)。

        仙女座星系M31是本星系群(含大約30個星系)中的主要星系,和我們的銀河系一起,集中了本星系群的絕大部分質(zhì)量。它的視星等為4.36(數(shù)值越小,亮度越高),距離我們約254萬光年。

        對偏居銀河系一隅的我們來說,銀河系中心在光學波段上永遠是漆黑一片。

        假設(shè)各方面條件許可,人肉眼可見的最遙遠的天體是三角座星系M33。它靠近仙女座星系,是本星系群里第三大的星系。三角座星系M33距離我們295萬光年,比仙女座星系遠,也更暗,視星等僅有5.72,更不容易被看到。

        開普勒- 444恒星及其行星系,距離地球約117光年,在天球上位于天琴座

        4. 為什么我們?nèi)庋劭床坏健半x太陽系最近的恒星”比鄰星,卻能很容易看到牛郎、織女星?

        比鄰星位于天空南方的半人馬座,距離太陽只有4.22光年,但光度非常暗,其視星等在11左右,根本不可能用肉眼看到。這也是因為比鄰星是一顆紅矮星,表面溫度較低,只有3000攝氏度左右。

        牛郎星,屬于天鷹星座,是全天第十二亮的恒星,呈白色。其距離太陽16.7光年,質(zhì)量是太陽的1.7倍,直徑為太陽的1.8倍,亮度是太陽的10.6倍,表面溫度約7000攝氏度。

        該星與著名的天狼星存在很多相似之處:都是非常年輕的恒星(形成時間可能僅有數(shù)億年),其內(nèi)核都是由氫的核聚變反應所產(chǎn)生的氦構(gòu)成。

        織女星,屬于天琴星座,是全天第五亮的恒星,呈藍色。其質(zhì)量是太陽的2.1倍,表面溫度約9000攝氏度,目前處在壽命的中間點上??椗堑墓庾V分類為A0V,其溫度比天狼星的A1V高一點。它仍處于主序星階段,利用核心內(nèi)的氫聚變反應來發(fā)光發(fā)熱。

        雖然比鄰星離地球更近,但已經(jīng)步入生命的晚年,核聚變反應已經(jīng)衰減,它的光芒已經(jīng)不足以令人們的肉眼觀測到。

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