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。
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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。 |
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 。
想像中的 银河系 :清晰可见的 旋臂呈现美丽的 蓝色,那是因为有许多年轻的 恒星 。旋臂上的 明亮斑点,是正有恒星 在诞生的 地方。中央核球因为聚集了大量老年恒星 而呈现出偏红的 颜色。 |
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。
银河系 的 主要结构—银晕、银盘和核球,图中标出了太阳的 位置 |
【观测实践】:
夏夜,用望远镜观测人马座方向,尝试分辨其中的 恒星 ,并且估计望远镜视场中的 恒星 密度。再将望远镜指向其他方向,看看有什么区别?
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