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漫游宇宙(六)距离50,000光年:银河系 我们的宇宙岛

宇宙岛(Island Universe)是历史上对星系的一种称呼。在这里,把宇宙比做海洋,星系比做岛屿。我们所在的银河系:银河系(Milky Galaxy)就是一个宇宙岛。

我们的星系是一个松散的螺旋盘,二千亿颗恒星围绕着一个紧凑的中心旋转。这是银河系的主要特征图。这张地图显示了银河系的全部范围,一个至少有两千亿恒星的螺旋星系。我们的太阳深埋在猎户座旋臂,距离中心约26000光年。在靠近银河系中心的方向上,恒星聚集在一起的距离比我们居住的地方要近得多。同时也注意到小球状星团的存在,这些星团位于星系平面之外,同时也注意到附近的矮星系——人马座矮星——正在慢慢被我们自己的星系吞噬。

银河系

这是一幅从上面往下看的银河系图。在这个直径约为9万光年的典型的条状螺旋星系中,太阳只是2千亿颗恒星中的一颗。

  • 银河系特征

这是银河系的一些主要参数的列表。这些数字大部分是近似值。星系没有精确的边界,如果进行宇宙漫游,当你离开星系时,恒星慢慢变得越来越稀少。

星系直径:9万光年

银河系星系类型: SBbc

银河系中的恒星数:2000亿

银河系的质量:1万亿太阳质量

中心棒的长度:25000光年

太阳离中心的距离:26000光年

太阳系处的厚度:2000光年

太阳绕银河系的速度:220公里/秒

太阳绕银河系的轨道周期为:2.25亿年

  • 超大质量黑洞

银河系的中心是一颗超大质量黑洞,质量可达太阳质量的400万倍。银河系中心的超大质量黑洞周围恒星的密度是非常高的,是整个银河系最“繁忙”的区域,同时每颗恒星的旋转速度都非常快,这样就能够保证它们不会被黑洞吞噬。黑洞吞噬气体云的宇宙事件比较常见,在吞噬过程中,靠近黑洞的气体云密度温度开始急剧上升,最终能够喷发出超高的能量,这就是所谓的“类星体”

银河系中心超大质量黑洞

  • 银河系形状

在上面这张地图上使用了最常见的螺旋臂的名称。但有时你会发现螺旋臂有其他的名称。此表列出了中英文对译的名称:

Norma :诺玛旋臂

Sagittarius :半人马旋臂

Orion : 猎户座旋臂

Persus :英仙座旋臂

Cygnus :天鹅座旋臂

银河系旋臂

注意:猎户座旋臂不是一个主要的旋臂,而是人马座和英仙座之间恒星和气体的增强。应该强调的是,旋臂之间的恒星数量几乎与旋臂中的恒星数量相同。螺旋星系的旋臂之所以如此“明显”,是因为在旋臂中发现了最亮的恒星。旋臂是旋涡星系中恒星形成的主要区域,这是发现大多数主要星云的地方。

  • 银河系形状证据

传统上有两种方法用来绘制我们星系的螺旋结构图。

第一种方法是研究星系平面上的中性氢(HI)密度,因为它在旋臂中得到增强。1958年,简·奥尔特、弗兰克·克尔和加特·韦斯特霍特首次尝试了这种方法。他们利用荷兰和澳大利亚的射电望远镜研究了作为螺旋星云的银河系。早期版本的地图(左侧不完整)显示了螺旋臂的不同部分。

第二种方法是绘制通常在旋臂中形成的巨大HII区域(电离氢的明亮星云)。这是1976年伊冯和伊冯·乔治林的尝试。他们研究了由H-II区域确定的我们星系的螺旋结构。他们的地图使他们能够确定旋臂的位置。

旋臂证据

如果我们把所有这些数据放在一起,我们就会得到一张像上面这样的地图。目前还没有太多关于星系远端的数据,但是螺旋星系通常是对称的。星系的一边的特征经常在另一边重复出现。

下面是四个看起来像银河系的星系。NGC 3953(左上)距离5500万光年,直径95000光年。NGC5970(右上角)距离1.05亿光年,直径8.5万光年。NGC7329(左下角)距离1.4亿光年更远,但直径14万光年更大。NGC7723(右下)距地球8000万光年,直径9万光年。

看起来像银河系的星系


  • 全天空图 A Galactic Sky Chart

这是一张由9000颗最亮的恒星组成的全天空图以银河坐标绘制,显示了天空中的所有星座,银河经纬度的零点直接指向银河系的中心。在这张地图上绘制的大多数恒星都在离我们一千光年的范围内,这只是我们星系的一小部分(不到0.1%),尽管有一些肉眼可见的恒星可能超过一万光年。

全天空图 A Galactic Sky Chart

  • 球状星团 Globular Clusters

大型星系被一个紧密的球状星团(即球状星团)所包围。我们星系周围大约有150个已知的球状星团。球状星团是恒星的球状聚集体,通常直径100光年,包含数千颗恒星。球状星团很古老,至少有100亿年的历史,大概是在星系还在形成的时候形成的。它们分散在围绕我们星系的球形光环中,它们需要数亿年的时间才能绕着星系运行。

三个著名球状星团

三个著名球状星团左边是NGC2419,它是一个巨大但非常遥远的球状星团,位于星系边缘之外。中间M13更近,它是天空中最亮的球状星团之一。右边是PAL 11,阿奎拉的一个非常可怜的球状星团。下面的数据在星系的侧视图上的一张图,揭示了球状星团如何在星系周围形成一个球形光环。

球状星团在银河系的分布

  • 人马座矮星系

这个矮星系是离我们最近的星系。然而,直到1994年才被发现。它位于离我们较远的银河系一侧,被中间的气体、尘埃和恒星严重遮蔽。它距地球约78000光年,直径约10000光年。它在大约10亿年的时间里绕着我们的星系运行,但是它不会持续太久,在几亿年后它会被我们自己的星系撕裂。它包含大约一亿颗恒星。它与M54球状星团的位置大致相同,但是这个球状星团是否是矮星系的一部分还不清楚。

射手座矮星系

射手座矮星系可能不是第一个被我们的星系“吞噬”的星系。例如,斯隆数字天空调查报告说,在银河系之外,有巨大的恒星团,似乎是10亿年前被银河系撕裂的较小星系的残骸。这些恒星的分布显示了至少两个团块,大小为几千光年,距星系中心超过100000光年。

  • 银河系平面

由25000颗星星组成的全天空图:由25000颗最亮、最白的恒星(b-v<0)组成的全天空图显示了这些恒星是如何沿银河系聚集的。这张地图显示了我们有限的星系内部视图。图片中央附近的大片黑暗区域是由于阿奎拉和蛇夫座附近的暗星云造成的。

银河系平面

下图从2微米的全天观测中看到的我们银河系中心的红外线图像。我们对银河系的看法在红外线下要好得多。在这张图片中可见的是巨大的尘埃云,它们挡住了我们在可见光下看到的银河系。在这张从凸起的左侧向下延伸的图片中,人马座矮星系也很模糊。

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