銀河系

銀河系

銀河系(古稱銀河、天河、星河、天漢、銀漢等),是太陽系所在的星系,(又稱天河或天漢),屬於棒鏇星系,包括1000到4000億顆恆星和大量的星團、星雲,還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的直徑約為10萬光年,中心厚度約為1.2萬光年,可見物質總質量是太陽質量的大約1400萬億倍。銀河系具有巨大的盤面結構,有一個銀心和四條鏇臂(最新研究銀河系只有2個鏇臂,其中太陽所在的獵戶座臂只是一個主鏇臂的小分叉),鏇臂相距4500光年。太陽位於銀河一個支臂獵戶臂上,至銀河中心的距離大約是2.6萬光年。而我們居住的地球則屬於太陽系中的一個行星。2003年1月,英國科學家發現,銀河系外圍可能鑲嵌著一個由數十億顆恆星組成的巨大的環。2015年3月,科學家發現銀河系體積比之前認為的要大50%。

基本信息

星系年齡

推測方法

根據已知長壽命放射性核的衰變時間(即半衰期),從某些放射性中子俘獲元素的豐度數據人們可以測定銀河系中最古老恆星的年齡,從而定出銀河系的年齡,這种放射性年齡測定方法稱為核紀年法。例如,釷的半衰期是140億年左右。用當代最大的天文望遠鏡,加上高解析度光譜儀,已經能夠檢測到恆星的釷,並作出相應的年齡估計。

推測結論

銀河系銀河系

據多種方法測定,從大爆炸算起,宇宙的年齡在140億年左右。假定從大爆炸到銀河系形成相隔的時間為10億年,那么上述由核紀年法測定的銀河系年齡與宇宙年齡是相容的。

依據歐洲南天天文台(ESO)的研究報告,估計銀河系的年齡約為136億歲,差不多與宇宙一樣老。由許多天文學家所組成的團隊在2004年使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆星交替的時間往前推進2~3億年,因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲左右,因此銀河系的年齡不會低於136±8億歲。

星系全景

主要星座

銀河系銀河系

銀河系在天空上的投影像一條流淌在天上閃閃發光的河流一樣,所以古稱銀河或天河,一年四季都可以看到銀河,只不過夏秋之交看到了銀河最明亮壯觀的部分。銀河經過的主要星座有:天鵝座、天鷹座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人馬座、天蠍座、天壇座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圓規座、蒼蠅座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、獵戶座、金牛座、雙子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎虎座。銀河在天空中明暗不一,寬窄不等。最窄只有4°~5°,最寬約30°。對於北半球來說,夏季星空的重要標誌,是從北偏東地平線向南方地平線延伸的光帶——銀河,以及由3顆亮星,即銀河兩岸的織女星、牛郎星和銀河之中的天津四所構成的“夏季大三角”。夏季的銀河由天蠍座東側向北伸展,橫貫天空,氣勢磅礴,極為壯美。但只能在沒有燈光干擾的野外(極限可視星等5.5以上)才能欣賞到。冬季的那邊銀河很黯淡(在獵戶座與大犬座),但在天空中可以看到明亮的獵戶座,以及由天狼星、參宿四、南河三構成的明亮的“冬季大三角”。

全天88星座

北天拱極星座:小熊座、大熊座、仙王座、仙后座、天龍座

北天星座:仙女座、英仙座、武仙座、蝎虎座、鹿豹座、狐狸座、御夫座、牧夫座、獵犬座、小獅座、后髮座、北冕座、天貓座、天琴座、天鵝座、天箭座、海豚座、飛馬座、三角座

黃道十二星座:牡羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、處女座、天秤座、天蠍座、人馬座、摩羯座、寶瓶座、雙魚座

赤道帶星座:小馬座、小犬座、天鷹座、蛇夫座、巨蛇座、長蛇座、六分儀座、麒麟座、獵戶座、鯨魚座

南天星座:天壇座、天燕座、天鶴座、天鴿座、天兔座、天爐座、繪架座、唧筒座、雕具座、望遠鏡座、顯微鏡座、矩尺座、圓規座、時鐘座、山案座、印第安座、飛魚座、劍魚座、蒼蠅座、蝘蜓座、杜鵑座、烏鴉座、鳳凰座、孔雀座、水蛇座、豺狼座、大犬座、南三角座、南十字架座、南魚座、南極座、南冕座、船底座、船尾座、羅盤座、網罟座、船帆座、玉夫座、半人馬座、波江座、盾牌座、巨爵座

星系全圖

銀河系銀河系

2009年12月5日美國發表了繪製的最新紅外銀河系全景圖,該圖像是由80萬張斯皮策太空望遠鏡拍攝的圖片拼湊而成,全長37米。

伴鄰星系

伴星系

銀河系有兩個伴星系:大麥哲倫星系和小麥哲倫星系(小麥哲倫星雲)。與銀河系相對的稱之為河外星系。

銀河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,這個群總共約有50個星系,而本地群又是室女座超星系團的一份子。

銀河被一些本星系群中的矮星系環繞著,其中最大的是直徑達21,000光年的大麥哲倫雲,最小的是船底座矮星系、天龍座矮星系和獅子II矮星系,直徑都只有500光年。其他環繞著銀河系的還有小麥哲倫雲,最靠近的是大犬座矮星系,然後是人馬座矮橢圓星系、小熊座矮星系、御夫座矮星系、六分儀座矮星系、天爐座矮星系和獅子I矮星系。

麥哲倫

在2006年1月,研究人員的報告指出,過去發現銀河的盤面有不明原因的傾斜,現今已經發現是環繞銀河的大小麥哲倫雲的擾動所造成的漣漪。是在她們穿過銀河系的邊緣時,導致了某些頻率的震動所造成的。這兩個星系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,這兩個星系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20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面一直分布到已知的所有層面中,

文化傳說

中國

“飛流直下三千尺,疑是銀河落九天。”(李白),中國古代文化視銀河為天河,把注意力擴大到河東和河西的牛郎織女兩個星座,想像編造出牛郎織女愛情的故事。那么美好的愛情,中間偏偏出現個王母娘娘,從中作梗,女子們沒有力量反抗,只好通過鵲橋相會和“乞巧”的方式,獲得精神上的寄託和安慰,東方文化就這樣委婉含蓄。唐朝顧況的《宮詞》中便有一句“水晶簾卷近秋河”,這裡的“秋河”說的就是銀河。再如李商隱的《嫦娥》中有“長河漸落曉星沉”。

外國

古希臘人如中國先人一樣把天上的這條光帶描述為“河”:The night sky gave a big hint,in the form of a lovely pale band of light that cut across the heavens like a river(仰望夜空,有一條瑰麗的光帶依稀可見,它宛如一條河,將整個蒼穹分割為二)。因為天上的這條河環繞整個天球,在紀元前六世紀,希臘人最初稱之為Galaxias Kyklos 或Kyklos Galaktikos (Milky Circle,奶色之環,通譯“銀環”)。後來接受了希臘文明的羅馬人改稱之為Via Lactea (Milky Way,奶色之路),現代西方語言,如英、法、德、俄,均譯自拉丁文Via Lactea。順便提及,與the Milky Way同義的Galaxy(首字母大寫)後來作為天文學術語保留下來,其他星系叫做galaxies(首字母小寫)。

銀河系銀河系

英語中稱呼銀河一般有兩種說法,一是galaxy,這個詞還可指“星系”,比較正式。另一個說法就是the Milky Way,這種說法來自一個希臘神話。

英文milky way與 galaxy首次出現於1384年前後。前者是源自拉丁文Via Lactea 借義外來語,而Via Lactea譯自希臘文Galaxias Kyklos,改環(Kyklos)為路(Via)。後者是源自希臘文galaxias的借形外來語,至1848年開始用作天文學術語。

世界各地有許多創造天地的神話圍繞著銀河系發展出來。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么來的。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,意思是天上的恆河。

依據希臘神話,銀河是赫拉在發現宙斯以欺騙的手法誘使他去餵食年幼的赫爾克里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里斯帶去奧林匹斯山,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。

希臘神話傳說,宙斯(Zeus)是希臘眾神廟裡的主神,即神上之神,跟玉皇大帝有一比。宙斯的妻子就是他的妹妹赫拉(Hera),赫拉是司理婦女和婚嫁之神,是眾女神之神,地位相當於王母娘娘了。赫拉的奶汁和唐僧肉具有相同的效力,誰吮吸了她的奶汁,便會長生不老。宙斯是個不安分的神,暗地裡和有夫之婦阿爾克墨涅(Alcmene)私通,生下了赫拉克勒斯(Hercules)。宙斯希望赫拉克勒斯將來能長生不老,就偷偷地把赫拉克勒斯放在睡著的赫拉身旁,讓赫拉克勒斯吮吸赫拉的奶汁,誰知赫拉克勒斯吮吸太猛,驚醒了赫拉,她發現吃奶的不是自己的兒子,便一把把孩子推開。可是她用力太猛,奶汁直噴到了天上,便成了Milk Way(奶路),見油畫The Origin of the Milky Way(1575-1580),此畫出自義大利文藝復興時期著名畫家Tintoretto之手。後來,西方人便把銀河想像成赫拉的奶水,稱之為the Milky Way。

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。現今,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。即使在現代,芬蘭語中的銀河依然使用Linnunrata這個字。

在瑞典,銀河系被認為是冬天之路,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。

起源演化

宇宙起源

銀河系銀河系

在宇宙中高速運行具有星系核的星系,當它追及到另一個具有星系核的星系時,如果兩者的運行速度相近,就會相互吞噬,形成了一個更大的星系。倘若這兩個星系的星系核相遇,就會相互繞轉而形成一個質量更大的高速鏇轉的星系核。這個高速鏇轉的星系核就像一個巨大的發電機,從它的兩極爆發出能量強大的粒子流向遠方噴射。星系核的能量越大,噴射粒子流的流量也就越大,噴射得也就越遙遠。我們把這樣的星系核稱作兩極噴流星系核。星系核在噴射高能粒子流的時候,會消耗其自身的能量,然而,當它俘獲了其它星團或者星系以後,就會增添能量。當星系核的能量發生由大到小的變化時,就會建造出兩條粗大的噴流帶。如果星系核的磁軸繞著另一條軸(這條軸稱作星系核的自轉軸)鏇轉,那么,噴流帶的軌跡就會彎曲,而演變成鏇渦星系的兩條鏇臂。 一般的,星系核的磁軸與自轉軸之間的夾角(0~π/2)越大,所建造的星系盤面就會越扁;否則就會越厚。星系核的磁軸繞著自轉軸的鏇轉速度越快,鏇臂纏卷得就會越緊;否則,就會越松。鏇渦星系的兩條鏇臂是恆星誕生的活躍區域。

我們的銀河系就是具有兩條鏇臂的一個鏇渦星系。

質量減小

當Alis Deason重新校準測量銀河系質量的儀器時,竟然發現銀河系質量減小了。“我們發現銀河系的質量只有一般所認為的一半。”Deason說。她是美國加利福尼亞大學聖克魯茲分校的天文學家,在美國天文學會第221次會議上報告了她的測量結果。

測量銀河系的質量比較複雜,部分原因是其質量大多來源於無法看到的暗物質。科學家們通常會測量星系的鏇轉速率,並結合暗物質分布規律的理論得出結果。利用這個方法,哈佛—史密森天體物理中心的Mark Reid及其團隊測量出了相當於太陽質量幾萬億倍的銀河系總質量,並於2009年發布。不過,Reid仍表示,“測量銀河系的總質量非常複雜”,並且存在諸多不確定因素。

Deason和她的同事採取了不同的方法。在現今發表在《皇家天文學會月報》上的研究中,他們首次搜尋銀河系光暈——直徑為10億光年的光球——里距中心非常遙遠的星體。Deason解釋,這些星體的擴散速度可以揭示銀河系的質量。

結果顯示,銀河系的質量“僅僅”是太陽質量的5000億到10000億倍——比之前Reid的測量結果的一半還要小。Deason提醒,這一結果是基於她對銀河系光暈的大小以及星體圍繞星系中心運動的假設而得出的。不過,她認為這些假設都是有可信服的理論依據的。

Reid表示,測量銀河系的質量“對理解銀河系是怎樣形成的以及星系團在未來幾十億年的發展趨勢是很重要的”。因為星系團之間有引力存在。“知道銀河系總質量的最好辦法是了解星系團完整的三維速度。”他說。

現有的技術並不能提供這些信息,不過Deason希望更大望遠鏡的觀測結果可以儘快證實她的結論。“我們需要更多距離銀河系中心更遠的星體。”她說。

研究歷史

古代探索

雖然從非常久遠的古代,人們就認識了銀河系。但是對銀河系的真正認識還是從近代開始的。

1750年,英國天文學家賴特(Wright Thomas)認為銀河系是扁平的。1755年,德國康德和郎伯特(Lambert Johann heinrich)提出了恆星和銀河之間組成一個巨大的天體系統。1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳繪出了銀河系的扁平形體,並認為太陽系位於銀河的中心。

1918年,美國天文學家沙普利(Harlow Shapley)經過4年的觀測,提出太陽系應該位於銀河系的邊緣。1926年,瑞典天文學家林得布拉德(Lindblad Bertil)分析出銀河系也在自轉。

近代研究

十八世紀中葉人們已意識到,除行星、月球等太陽系天體外,滿天星斗都是遠方的“太陽”。賴特、康德和朗伯特最先認為,很可能是全部恆星集合 成了一個空間上有限的巨大系統。像太陽一樣的恆星在銀河系裡是多之又多的!

第一個通過觀測研究恆星系統本原的是F.W.赫歇耳。他用自己磨製的反射望遠鏡,計數了若干天區內的恆星。1785年,他根據恆星計數的統計研究,繪製了一幅扁而 平、輪廓參差、太陽居其中心的銀河繫結構圖。他用50 厘米和120厘米口徑望遠鏡觀測,發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系的邊緣。F.W.赫歇耳意識到,銀河系遠比他最初估計的為大。F.W.赫歇耳死後,其子J.F.赫歇耳繼承父業,將恆星計數工作範圍擴展到南半天。十九世紀中葉,開始測定恆星的距離,並編制全天星圖。1906年,卡普坦為了重新研究恆星世界的結構,提出了“選擇星區”計畫,後 人稱為“卡普坦選區”。他於1922年得出與F.W.赫歇耳的類似的模型,也是一個扁平系統,太陽居中,中心的恆星密集,邊緣稀疏。沙普利在完全不同的基礎上,探討銀河系的大小和形狀。他利用1908~1912年勒維特發現的麥哲倫雲中造父變星的周光關係,測定了當時已發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年建立了銀河系透鏡形模型,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,沙普利把銀河系估計過大。到1930年,特朗普勒證實星際物質存在後,這一偏差才得到糾正。

中在恆星內銀河系物質約90%集。1905年,赫茨普龍發現恆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,還有超巨星、巨星、亞巨星、亞矮星和白矮星五個分支。1944年,巴德通過仙女星系的觀測,判明恆星可劃分為 星族Ⅰ和星族Ⅱ兩種不同的星族。星族Ⅰ是年輕而富金屬的天體,分布在鏇臂上,與星際物質成協。星族Ⅱ是年老而貧金屬的天體,沒有向銀道面集聚的趨向。1957年,根據金屬含量、年齡、空間分布和運動特徵,進而將兩個星族細分為中介星族Ⅰ、鏇臂星族(極端星族Ⅰ)、盤星族、中介星族Ⅱ和暈星族(極端星族Ⅱ)。

銀河系銀河系

恆星成雙、成群和成團是普遍現象。在太陽附近25 秒差距以內,以單星形式存在的恆星不到總數之半。迄今已觀測到球狀星團132個,銀河星團1,000多個,還有為 數不少的星協。據統計推論,應當有18,000個銀河星團和500個球狀星團。二十世紀初,巴納德用照相觀測,發現了大量的亮星雲和暗星雲。1904年,恆星光譜中電離鈣譜線的發現,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。現今通過紅外波段的探測發現暗星雲密集區有正在形成的恆 星。射電天文學誕生後,利用中性氫21厘米譜線勾畫出銀河系鏇渦結構。根據電離氫區的描繪, 發現太陽附近有三條鏇臂:人馬臂、獵戶臂和英仙臂;太陽位於獵戶臂的內側。此外,在銀心方向還發現了一條3千秒差距臂。鏇臂間的距離約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CH、CN和CH+以來的重大突破。到1979年底,發現的星際分子已超過50種。

銀河系的起源這一重大課題當前還了解得很差。這不僅要研究一般星系的起源和演化,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系都是1010年前高密態原始物質因密度發生起伏,出現引力不穩定和不斷膨脹,逐步形成原星系,並演化為包括銀河系在內的星系團的。而穩恆態宇宙模型假說則認為,星系是在高密態的原星系核心區連續形成的。

銀河系演化的研究現今才有一些成就。關於太陽附近老年恆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100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。現今還從恆星的形成和演化、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系的整體演化。六十年代發展起來的密度波理論,很好地說明了銀河系鏇渦結構的整體結構及其長期的維持機制。研究年表

1750年—英國天文學家賴特(Wright Thomas)認為銀河系是扁平的。

1755年—德國哲學家康德提出了恆星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體系統;隨後的德國數學家郎伯特(Lambert Johann heinrich)也提出了類似的假設。

1785年—英國天文學家威廉·赫歇耳用“數星星”的方法繪製了一張銀河圖,在赫歇耳的銀河圖裡,銀河系是偏平的,被群星環繞,其長度為7000光年,寬1400光年。我們的太陽處在銀河系的中心,這是人類建立的第一個銀河系模型,它雖然很不完善,但使人類的視野從太陽系擴展到銀河系廣袤的恆星世界中。

1845年—羅斯勳爵發現第一個漩渦星系M51。

1852年—美國天文學家史帝芬.亞歷山大聲稱銀河系是一個鏇渦星系,卻拿不出證據加以證明。

1869年—英國天文學作家理查.普洛托克提出相同的見解,但一樣無法證實。

1900年—荷蘭天文學作家科內利斯.伊斯頓公布銀河系漩渦結構圖,然而鏇臂及銀心都畫錯了。

1913年—科內利斯.伊斯頓再度公布錯誤的銀河系漩渦結構圖。

1917年,美國天文學家沙普利(Harlow Shapley)用威爾遜山天文台的2.5米反射望遠鏡研究當時已知的100個球狀星團,通過觀測其中的造父變星來確定這些球狀星團的距離。他發現其中有1/3位於人馬座內,其餘的則基本上位於以人馬座為中心的半個天球上。他認為球狀星團分布的這種表面上的不稱性,正是由於太陽不在銀河系中心所造成的,提出太陽系應該位於銀河系的邊緣。

1922~1924年哈勃發現,星雲並非都在銀河系內。哈勃在分析M31仙女座大星雲一批造父變星的亮度以後斷定,這些造父變星和它們所在的星雲距離我們遠達幾十萬光年,因而一定位於銀河系外。這項於1924年公布的發現使天文學家不得不改變對宇宙的看法。

1926年—瑞典天文學家林得·布拉德(Lindblad Bertil)分析出銀河系也在自轉。

銀河系銀河系

1927年,荷蘭天文學家奧爾特定量地測出了銀河系的較差自轉,進一步證明太陽確實不在銀河系中心。恆星圍繞銀心鏇轉就像行星圍繞太陽一樣,並且距銀心近的恆星運動得快,距離遠的運動得慢。他算出太陽繞銀心的公轉速度為每秒220 公里,繞銀心一周要花2.5 億年。簡·奧爾特證實了銀河系是個漩渦星系,而且各鏇臂越纏越緊。他還發現銀河系中心,氣體雲向外移動。

1929年—荷蘭天文學家巴特.博克計畫使用恆星計數法探測銀河系的結構,十多年後宣告失敗。

1931年—巴德於威爾遜山天文台工作,並開始發展星族的概念。

巴德發現仙女座大星雲中,OB型超巨星只出現於鏇臂中,因此建議測量銀河系中OB型恆星的距離,但是這類恆星大多遠在一千光年之外,無法用視差法測距。

1943年—威廉.摩根(William Morgan)與光譜學家飛利浦.基南共同發表一套完整的光譜圖集來描述各種不同光譜型和光度級的恆星之光譜特徵,稱為MK(摩根—基南)分類系統。

1947年—利用MK系統來描繪銀河系的鏇臂。

1950年—用49個OB型單星及三個OB型星群的距離,無法顯現出清楚的鏇臂結構。同時受到巴德的啟發改而觀測描繪銀河系中的HII區,並用位於其中的OB型星來定出距離。通過電波觀測,發現銀河系的星際空間存在著大量氣體,尤其是中性氫,它們幾乎遍布整個銀河系,這些氣體發射波長為21厘米的電波。當人們弄清楚了這些中性氫氣雲在銀河系中的分布後,他們便推測了銀河系的大致形狀,認為那是一個鏇窩星系。

電離氫區(HII regions)和中性氫區(HI regions)以氫為主要成分的星際氣體雲,若星雲附近有OB型熾熱恆星,則中性氫會被恆星的紫外輻射電離,形成HII區,溫度達到104K。中性氫原子從最低能態變為電離狀態須經波長短於912埃的紫外線照射。此外,當星際雲之間的密度非常低時,中性氫原子在宇宙線的作用下也會電離。電子和質子一旦分開,就不容易再複合,從而也會形成HII區。在距激發星10~100秒差距(視星雲中氫原子的密度而定)以外,使氫電離的高能光子會迅速減少,HII區就過渡到HI區。事實上大部分氣體雲都處於中性氫狀態,HI區的溫度一般在100K以下。觀測銀河系鏇臂的中性氫原子數密度約為每立方厘米1~10個,鏇臂之間約為每立方厘米0.1個。估計中性氫的質量占銀河系總質量的1.4~7%。由HII區過渡到HI區,氫的電離度下降得很快,過渡區的厚度取決於星雲氣體的密度,而同激發星的性質和HII區的半徑無關。至於HII區的大小則取決於激發星的溫度和星雲氣體的密度。觀測HI區和HII區所用的方法不同。前者只能用無線電方法觀測氫原子發出的中性氫21厘米譜線,而後者除可觀測無線電波外,還可以觀測可見光波段的發射線和吸收線。

1951年—科學家首次發現銀河系有3條鏇臂。將HII區的位置畫在銀河系圖上,揭示了兩個鏇臂,分別是獵戶臂及英仙臂,並在同年美國天文學會年會上發表,證明了銀河系屬於漩渦星系型態。

1964年—美籍華裔科學家林家翹與徐遐生提出鏇渦星系螺鏇臂的維持密度波理論,初步解釋了鏇臂的穩定性,他們建議螺鏇臂只是螺鏇密度波的顯示。他們假設恆星在細長的橢圓軌道上並且原來的軌道方向是互有關聯的,也就是說,橢圓以很平順的方式隨著與核心距離的增加逐漸改變了他們的方向。這就是圖中所說明的,很清楚的觀察到橢圓軌道在某些區域緊密結合在一起的”現象”就是螺鏇臂。因此恆星並不是永遠保持在我們現今所看見的位置,他們只是在軌道上移動時經過螺鏇臂。

二擇一的另一個被推薦的假說是星系的運動造成恆星陷入波浪中,因為形成時最亮的恆星也會最快死亡,便會在波的後方形成黑暗的區域,因而使得波被看見。

二十世紀七八十年代,人們探測銀河系一氧化碳分子的分布,又發現了第四條鏇臂,它跨越狐狸座和天鵝座。1976 年,兩位法國天文學家繪製出這四條鏇臂在銀河系中的位置,分別是圓規座鏇臂、盾牌座-半人馬座鏇臂、人馬座鏇臂和英仙座鏇臂。

1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河系中心區的紅外觀測和其他性質,指出銀河系中心的能源應是一個黑洞。

1982年—美國天文學家賈納斯和艾德勒完成對銀河系434 個銀河星圖的圖表繪製,發表了每個星團的距離和年齡數字。他們發現,銀河系並沒有鏇渦結構,而只是一小段一小段地零散鏇臂,漩渦只是一種“幻影”,這裡因為銀河系各處產生的恆星總是沿銀河系鏇轉方向形成一種“串珠”。而不斷產生的新恆星連續地顯現著渦鏇的幻影。

1989年—太陽離銀心到底有多遠?這個所謂的“銀心距”,對於銀河系來說,是個基本的和重要的參數。自1918年以後的70來年間,一直有人根據球狀星團的空間分布等方式進行探討。許多人設法運用不同的方式研究。科學家們得出的數值不相同,最小為22800光年,最大為27700光年。1989年得出的結果是24400光年,上下可能各有3000光年的誤差。照這樣說來,太陽和太陽系天體都在銀河系中比較靠近中間的地方。

2004年—天文學家使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆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,因此銀河系的年齡不會低於136±8億歲。

銀河系銀河系

2005年—科學家用斯皮策(史匹哲)紅外太空望遠鏡對銀河系中心進行了一次全景式掃描,他們分析了掃描得到的數據後認為,銀河系的中心是一個棒狀結構。天文學家說,這個棒狀體長約2.7萬光年,比早先的猜測長7000光年,它所指的方向相對於太陽和銀心連線之間的夾角約為45度。這一研究成果證實了早先人們對銀河系形狀的猜想:銀河系不是一個簡單的鏇渦星系,而是一個有棒狀星核的SBc棒鏇星系(鏇臂寬鬆的棒鏇星系),總質量大約是太陽質量的6,000億至30,000億倍。有大約1,000億顆恆星。銀河的盤面估計直徑為100,000光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,000光年,盤面在中心向外凸起。

2006年—銀河系銀暈的外面還有一個範圍更大的 物質分布區——暗暈,那是現今科學家們十分關注的地方,因為暗暈中可能存在著大量的暗物質。

2006年1月,科學家宣布說,他們已證實銀河系發生了彎曲變形,而導致其變形的力量來自環繞其外圍的暗物質激盪。科學家解釋說,暗物質雖然看不見,但它們的質量可能是銀河系中可見物質的20倍,所以對銀河系中天體的影響是不可小視的。

2008年—另外一個另人關注的問題是“人馬座A*(Sagittarius A*)”:一個讓人困惑多年的位於銀心的射電發射源。天文學家一直懷疑那是存在於銀河系中心的巨大黑洞,但始終沒得到確鑿的證實。

2008年,科學家宣布說,他們通過觀測證實銀心中的確存在著黑洞。科學家花了16年時間在智利的歐洲南方天文台追蹤圍繞銀心運行的28顆恆星,從而證實了黑洞的存在,因為黑洞影響著這些恆星的運行。探測表明,這個名為“人馬座A*”的巨型黑洞,其質量是太陽的400萬倍,距離地球大約2.7萬光年。

2008年—最新的研究表明,銀河系只有兩條主鏇臂,這兩條主鏇臂就是英仙座鏇臂和盾牌座-半人馬座鏇臂,它們都與銀河系核球中心的恆星棒連線著。這一認識來自2008年6月3日公布的一幅由斯皮策(史匹哲)紅外太空 望遠鏡拍攝的銀河系照片,這是人類迄今為止拍攝到的最為詳細也是最大的

一幅銀河系照片,它由80萬張圖片組合而成,全長達55米,解析度比此前最為清晰的銀河系照片高100倍。在這幅圖片的幫助下,科學家對銀河系進行了恆星計數,他們在計數後認為銀河系只兩條主要鏇臂。在依據此項研究繪製的銀河全圖上,人們看到兩條源於核球的主鏇臂,太陽依然位於銀河系接近邊緣的地方,它的具體位置是獵戶座鏇臂的內側,這是一條小鏇臂,處於人馬座臂和英仙座臂之間。人馬臂和矩尺臂絕大部分是氣體,只有少量恆星點綴其中。

背景知識

穿過空間

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速度是沒有意義的,因為在太空中沒有合適的慣性參考系可以作為測量銀河速度的依據(運動的速度,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,只有萬分之幾的起伏。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偵察機上面,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±0.6 mK,換算後,太陽系在宇宙中的運動速度約為390±60 千米/秒,但這個速度,與太陽系繞行銀河系核的速度220 千米/秒方向相反,這代表銀河系核在宇宙中的速度,約為600千米/秒。

有鑒於此,許多天文學家相信銀河以600千米/秒的速度相對於鄰近被觀測到的星系在運動,大部分的估計值都在每秒130~1,000千米之間。如果銀河的確以600千米/秒的速度在運動,我們每天就會移動5,184萬千米,或是每年189 億公里。相較於太陽系內,每年移動的距離是地球與冥王星最接近時距離的4.5倍。

第四宇宙速度

所謂第四宇宙速度,是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛,飛出銀河系所需的最小初始速度,約為110-120km/s,這個數據是指在銀河系內絕大部分地方所需要的航行速度。但如充分利用太陽系的線速度以及地球的線速度,最低航行速度可減小為82km/s。

未來情況

與銀河系相似的星系與銀河系相似的星系

當前的觀測認為仙女座星系(M31)正以每秒300公里的速度朝向銀河系運動,在30-40億年後可能會撞上銀河系。但即使真的發生碰撞,太陽以及其他的恆星也不會互相碰撞,但是這兩個星系可能會花上數十億年的時間合併成橢圓星系。

天文學家發現銀河系“比之前想像的要大”據英國廣播公司6日報導,由國際天文學家組成的研究小組發現,地球所在的銀河系比原來以為的要大,運轉的速度也更快。

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,銀河系正以每小時90萬公里的速度轉動,比之前估計的快大約百分之十。

銀河系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,與鄰近星系發生災難性撞擊的可能性也增大。

不過,即使發生也將是在二、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“超長基線陣列”(Very LongcenterArray)儀器來推論地球所在銀河系的質量和速度。

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,銀河系與仙女座星系(Andromeda Galaxy)的大小相當。

仙女座星系、銀河系和三角星系是地球所在的星系群中三個最大的星系。

此前,科學家一直認為仙女座最大,銀河系只是仙女座的“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發表有關研究結果。

常用數據

銀河系銀河系

質量≈10E11太陽質量

直徑≈100千秒差距

銀心方向:α=17h42m.5,δ=-28°59′

太陽距銀心≈9千秒差距

北銀極:α=12h49m, δ=-27°2'

太陽處銀河系鏇轉速度≈250公里/秒

太陽處銀河系鏇轉周期≈220E6年

相對於3K背景的運動速度≈600公里/秒

(朝向α=10h,δ=-20°方向)

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