[] [图文杂烩] 揭开银河真面目

--> 本帖最后由 love67890 于 2012-11-23 12:49 编辑

      发现银河系

      一条淡银色的模糊光带在夏日缀满灿烂星斗的夜幕上横空出世，由西北向西南蜿蜒伸展，在天鹅座处忽然一分为二继续南泻而去，穿过人马座后又合二为一，最后消失在地平线上，这就是银河。古人不清楚这条银色光带是什么，以为它是天上的河或路，故而中国古代称之为天河，古希腊称之为牛奶路。

      赫歇尔绘制的银河系像一头扁平的“张开血盆大嘴的怪鱼”，太阳位于其中心附近。       发现银河由恒星组成，是人类第一个用望远镜观测天空的人 — 伽利略的功绩。1609年将自制的望远镜指向天空时，伽利略就惊讶地发现，银色的光带原来是密密麻麻的星星。不过，这些星星太遥远了，即使在望远镜里也只是些暗淡的小亮点，引不起人们的兴趣。后来，包括德国的大哲学和思想家康德在内的少数学者慢慢意识到，这些暗淡的恒星是与太阳一样的天体，只是太遥远而已，他们猜测这条银色的光带可能是恒星的聚集地，并第一次提出了“星系”的名称。不过，这种思想在那时得不到多数人的支持。1781年，英国天文学家赫歇尔因发现天王星被封为宫廷天文学家，并享受终身俸禄，这使赫歇尔有条件研制当时世界上最大的望远镜。赫歇尔决心检验康德的猜测，他不辞辛苦地一夜又一夜地用望远镜观看星空，一颗星一颗星地计数。经过几年的观测，赫歇尔一共记录了117,600颗星，并第一次绘出银河系的外貌图：一个扁平的“张开血盆大嘴的怪鱼”，我们太阳位于其中央不远的地方。从此，这个由包括太阳在内的恒星组成的庞大体系——银河系，逐渐为天文学家所认识。

      进入19世纪后，制造望远镜的水平大大提高了，口径的不断增大、照相术的采用，将人类的目光伸展到太空的深处，观测到的恒星越来越暗弱，越来越多，我们的银河系也随之增大。二十世纪初，荷兰天文学家卡普坦发动了一项历时8年之久的国际合作计划，对天空不同方向上的恒星进行大规模的计数和测量。最后，他发现我们的银河系呈扁平的盘状，直径大约为4万光年，太阳位于离银心不远的地方。



      不久，美国天文学家沙普利发现了一个奇怪的现象，他发现球状星团都分布在天空的一侧。据此沙普利大胆地判断，我们太阳处在银河系的边缘，球状星团分布的对称点才是银河系的中心。为什么呢？设想我们处在城市的闹区中央，向四周望去肯定全是闪亮的灯火。如果走到城郊结合区，我们会发现城市一侧的上空散发着片片灯火，而向另一侧郊区望去一定是黑幕重重。假如把银河系比作城市，银心比作闹区中央，球状星团比作灯火，我们站在太阳处看到的天空就是这种情景，它说明我们的太阳并不位于银河系的中心。沙普利给我们描绘了一幅正确的银河系图像，尽管他后来走入歧途误将银河系当成了宇宙。从此以后，人类对星空的认识进入了一个新的境界，认识到我们太阳和太阳系只是更庞大得多的恒星集团——银河系中一个普通的成员。

      小故事： 沙普利与柯蒂斯之争

      美国天文学家柯蒂斯（左）（1872－1942）与美国天文学家沙普利（右）（1885－1972）在1920年进行过一次天文史上有名的大辩论。

       早在16世纪麦哲伦环球航行之时，就发现两个云雾状天体，这就是大、小麦哲伦云。后来发现了不少云雾状天体，它们被称为星云，其中有一些呈旋涡状。一些学者认为，这些旋涡星云存在于银河系之外广袤的宇宙空间里，就像大海中的岛屿，哲学家康德称之为“岛宇宙”，即现在所说的星系。不过，这种观点在当时属于少数派。更多的人认为它们属于银河系的成员。

      争论从18世纪开始一直延续到20世纪初。1920年4月，美国科学院专门举办了一个“宇宙尺度”辩论会，以沙普利为首的一方对阵以柯蒂斯为首的另一方，双方进行了一场宇宙大辩论。沙普利坚持大银河系学说，认为旋涡星云属于银河系天体；柯蒂斯认为银河系很小，旋涡星云位于银河系外。这就是天文学史上有名的“沙普利－柯蒂斯之争”。1923年，哈勃利用造父变星测定了仙女大星云的距离，证实了这些星云远在银河系之外，最终结束了这场旷日持久的辩论，并使银河系从宇宙至尊降格为一个普通的星系。

      银河系的结构与组成

      红外望远镜看到的银河系，可以看到明亮的核球，薄薄的银盘，以及银盘中央遮挡星光形成黑带的尘埃。右下方的两个模糊斑点是离银河系最近的伴星系――大、小麦哲伦云。

      银河系的形状如同铁饼，中央鼓起，四周扁平。在引力和旋转的作用下，恒星和星际气体尘埃物质都集聚在银道面附近，越靠近银道面，物质的密度越高，形成一个盘状的结构，称为银盘。太阳位于银盘上，相距银河系中心（简称银心）约2万8千光年。正是因为太阳远离银心，夏季地球公转到太阳与银心之间，夜色降临时，银盘上密聚的恒星投影在天球上形成了一条银色的光带，这就是银河。不过，冬季的夜晚地球转到了太阳背离银心的外侧，夜间看到的是背向银心的星区，那里的恒星很少，所以冬季夜晚的星空是稀稀拉拉的。由于银盘上集聚了大量的星际物质，特别是在银心方向，它们遮挡和吸收背后恒星发出的光，因此看上去是黑的，表面上像银河分了叉。银心在人马座方向，离开银心星际物质变少，银河重新又合而为一。银盘的直径大约有10万光年，而厚度只有几千光年。

      银盘上的物质分布很不均匀，它们聚集成旋涡状，称为旋臂。有旋臂的星系称为旋涡星系，银河系就是一个典型的旋涡星系，它有多条旋臂。我们太阳附近就有3条旋臂，从内往外依次是人马臂、猎户臂和英仙臂，太阳位于猎户臂的内侧。从别的旋涡星系可以想象我们的银河系，美丽的旋臂犹如翩翩轻舞的彩带。旋臂上集聚有大量的恒星、星际气体和星际尘埃，在那里可以观测到许多正在诞生的恒星。

      银河系中心明亮而隆起、近似球形，称为核球。核球内集聚了大量的恒星，在核心处有一个物质密度很高的区域，称为银核，银心位于银核的中心。

      银河系除了核球和银盘以外，在银盘的上下四周还散布有许多球状星团和老年的恒星，它们分布在大致呈球形的范围里，这就是银晕。

      银河系物质的总质量大约相当于太阳质量的2000亿倍，它们以恒星、星际气体和星际尘埃的形式出现，这些都是能发光的物质。近年来，已经证实银河系里还有一种不发光的物质，因为不发光，我们称之为暗物质，它们分布在比银晕更广得多的范围内，称为暗晕。暗晕的直径可能是银晕的10倍，质量也可能是银河系“明亮物质”质量的10倍。

      小知识：量天尺

      常识告诉我们，两盏功率一样的路灯，近的亮，远的暗。具体计算后可以发现，灯看上去的亮度（称为视亮度，即表观亮度）与灯的距离平方成反比。这样，只要测定出灯的视亮度就可反推出灯的距离，当然，这些灯必须很标准，一样亮。宇宙中可以找到许多类似的“标准灯”，其中有一类称为造父变星的恒星。造父变星的亮度在周期地变化，这种变化周期与造父变星的光度，也就是它的本质亮度有准确的关系，只要测定亮度的变化周期就可以推算出造父变星的光度，而有了这个光度，结合测量到的视亮度，就可以推算出它的距离。用这个办法可以轻而易举地知道包含造父变星的星团或星系的距离。因此，造父变星后来获得了“量天尺”的美名。

      银河系的内部运动

      旋涡星系的外形明白地表明星系一定是在转动的，我们的银河系也应当在转动。银河系的转动与我们太阳系行星绕太阳的公转不同，也与平时见到的月球一类刚体的自转也不同，银河系的转动介于这两者之间，我们把这种转动方式称之为较差转动。

      太阳系行星的公转是从内往外越来越慢，离太阳越远的行星转动越慢，转动速度可以用开普勒的三大定律计算出来，所以称为开普勒转动。刚体的转动正好相反，越往外转动越快，转动速度与离转动中心的距离成正比。

      银河系的转动很复杂，银核的转动类似刚体，但银盘外部的转动完全不同，有的地方快有的地方慢，并不象太阳系的开普勒转动那样越往外越慢。这是因为银河系的物质散布在很大的范围里，特别是外部的银晕里也存在大量物质，因此产生了独特的自转模式。