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16章:远征之最大航道-银河系(2 / 2)

近代研究

十八世纪中叶人们已意识到,除行星、月球等太阳系天体外,满天星斗都是远方的“太阳”。赖特、康德和朗伯特最先认为,很可能是全部恒星集合成了一个空间上有限的巨大系统。

第一个通过观测研究恒星系统本原的是F赫歇耳。他用自己磨制的反射望远镜,计数了若干天区内的恒星。1785年,他根据恒星计数的统计研究,绘制了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图。他用5o厘米和12o厘米口径望远镜观测,现望远镜贯穿本领增加时,观察到的暗星也增多,但是仍然看不到银河系的边缘。F赫歇耳意识到,银河系远比他最初估计的为大。F赫歇耳死后,其子J.F.赫歇耳继承父业,将恒星计数工作范围扩展到南半天。十九世纪中叶,开始测定恒星的距离,并编制全天星图。19o6年,卡普坦为了重新研究恒星世界的结构,提出了“选择星区”计划,后人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与F赫歇耳的类似的模型,也是一个扁平系统,太阳居中,中心的恒星密集,边缘稀疏。沙普利在完全不同的基础上,探讨银河系的大小和形状。他利用19o8~1912年勒维特现的麦哲伦云中造父变星的周光关系,测定了当时已现有造父变星的球状星团的距离。在假设没有明显星际消光的前提下,于1918年建立了银河系透镜形模型,太阳不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应,沙普利把银河系估计过大。到193o年,特朗普勒证实星际物质存在后,这一偏差才得到纠正。

银河系物质约9o%集中在恒星内。19o5年,赫茨普龙现恒星有巨星和矮星之分。1913年,赫罗图问世后,按照光谱型和光度两个参量,得知除主序星外,还有巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。1944年,巴德通过仙女星系的观测,判明恒星可划分为星族Ⅰ和星族2两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金属的天体,分布在旋臂上,与星际物质成协。星族2是年老而贫金属的天体,没有向银道面集聚的趋向。1957年,根据金属含量、年龄、空间分布和运动特征,进而将两个星族细分为中介星族Ⅰ、旋臂星族(极端星族Ⅰ)、盘星族、中介星族2和晕星族(极端星族2)。

恒星成双、成群和成团是普遍现象。在太阳附近25秒差距以内,以单星形式存在的恒星不到总数之半。迄今已观测到球状星团132个,银河星团1,ooo多个,还有为数不少的星协。据统计推论,应当有18,ooo个银河星团和5oo个球状星团。二十世纪初,巴纳德用照相观测,现了大量的亮星云和暗星云。19o4年,恒星光谱中电离钙谱线的现,揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究,证认出星云中的气体和尘埃成分。近年来通过红外波段的探测现在暗星云密集区有正在形成的恒星。射电天文学诞生后,利用中性氢21厘米谱线勾画出银河系旋涡结构。根据电离氢区的描绘,现太阳附近有三条旋臂:人马臂、猎户臂和英仙臂;太阳位于猎户臂的内侧。此外,在银心方向还现了一条3千秒差距臂。旋臂间的距离约1.6千秒差距。1963年,用射电天文方法观测到星际分子oh,这是自从1937~1941年间,在光学波段证认出星际分子net和ch+以来的重大突破。到1979年底,现的星际分子已过5o种。

银河系的起源这一重大课题目前还了解得很差。这不仅要研究一般星系的起源和演化,还必须研究宇宙学。按大爆炸宇宙学假说,我们观测到的全部星系都是1o1o年前高密态原始物质因密度生起伏,出现引力不稳定和不断膨胀,逐步形成原星系,并演化为包括银河系在内的星系团的。而稳恒态宇宙模型假说则认为,星系是在高密态的原星系核心区连续形成的。

银河系演化的研究近年来才有一些成就。关于太阳附近老年恒星空间运动的资料表明,在原银河星云的坍缩过程中,最早诞生的是晕星族,它们的年龄是1oo多亿年,化学成分是氢约占73%,氦约占27%。而大部分气体物质集聚为银盘,并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代展起来的密度波理论,很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。

相关资料

(1)周边星系

ngc7331经常被视为“银河的双胞胎”,从银河系之外回顾我们的银河或许就是这个样子。银河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,这个群总共约有5o个星系,而本地群又是室女座星系团的一份子。

银河被一些本星系群中的矮星系环绕著,其中最大的是直径达21,ooo光年的大麦哲伦云,最小的是船底座矮星系、天龙座矮星系和狮子II矮星系,直径都只有5oo光年。其他环绕著银河系的还有小麦哲伦云,最靠近的是大犬座矮星系,然后是人马座矮椭圆星系、小熊座矮星系、玉夫座矮星系、六分仪座矮星系、天炉座矮星系和狮子I矮星系。

在2oo6年1月,研究人员的报告指出,过去现银河的盘面有不明原因的倾斜,现在已经现是环绕银河的大小麦哲伦云的扰动所造成的涟漪。是在她们穿过银河系的边缘时,导致了某些频率的震动所造成的。这两个星系的质量大约是银河的2%,被认为不足以影响到银河。但是加入了暗物质的考量,这两个星系的运动就足以对较大的银河造成影响。在加入暗物质之后的计算结果,对银河的影响增加了2o倍,这个计算的结果是根据麻萨诸塞州大学阿默斯特分校马丁·温伯格的电脑模型完成的。在他的模型中,暗物质的分布从银河的盘面一直分布到已知的所有层面中,结果模型预测当麦哲伦星系通过银河时,重力的冲击会被放大。

(2)穿过空间的度

一般而言,根据爱因斯坦的狭义相对论,任何物体通过空间时的绝对度是没有意义的,因为在太空中没有合适的惯性参考系统,可以作为测量银河度的依据(运动的度,总是需要与另一个物体比较才能量度)。

因为各向宇宙微波背景辐射非常的均匀,只有万分之几的起伏.所以就让乔治·斯穆特想到了一个方法,就是测量宇宙微波背景辐射有没有偶极异向性。

在1977年,美国劳伦斯伯克莱国立实验室的乔治·斯穆特等人,将微波探测器安装在u-2侦察机上面,确切地测到了宇宙微波背景辐射的偶极异向性,大小为3.5±o.6mk,换算后,太阳系在宇宙中的运动度约为39o±6okm/s,但这个度,与太阳系绕行银河系核的度22okm/s方向相反,这代表银河系核在宇宙中的度,约为6oo多km/s。

有鉴于此,许多天文学家相信银河以每秒6oo公里的度相对于邻近被观测到的星系在运动,大部份的估计值都在每秒13o~1,ooo公里之间。如果银河的确以每秒6oo公里的度在运动,我们每天就会移动5,184万公里,或是每年189亿公里。相较于太阳系内,每年移动的距离是地球与冥王星最接近时距离的4.5倍。银河在空间中运动的方向是指向长蛇座的方向。

(3)神话

世界各地有许多创造天地的神话围绕著银河系展出来。很特别的是,在希腊就有两个相似的希腊神话故事在解释银河是怎么来的。有些神话将银河和星座结合在一起,认为成群牛只的乳液将深蓝色的天空染白了。在东亚,人们相信在天空中群星间的雾状带是银色的河流,也就是我们所说的天河。

akashaganga是印度人给银河的名称,意思是天上的恒河。

依据希腊神话,银河是赫拉在现宙斯以欺骗的手法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯因而溅洒在天空中的奶汁。另一种说法则是赫耳墨斯偷偷的将赫尔克里斯带去奥林匹斯山,趁著赫拉沉睡时偷吸他的奶汁,而有一些奶汁被射入天空,于是形成了银河。

在芬兰神话中,银河被称为鸟的小径,因为它们注意到候鸟在向南方迁徙时,是靠著银河来指引的,它们也认为银河才是鸟真正的居所。现在,科学家已经证实了这项观测是正确的,候鸟确实在依靠银河来引导,在冬天才能到温暖的南方陆地居住。即使在今天,芬兰语中的银河依然使用1innunrata这个字。

在瑞典,银河系被认为是冬天之路,因为在斯堪的纳维亚地区,冬天的银河是一年中最容易被看见的。

古代的亚美尼亚神话称银河系为麦秆贼之路,叙述有一位神祇在偷窃麦秆之后,企图用一辆木制的运货车逃离天堂,但在路途中掉落了一些麦秆。

(4)银河的未来

目前的观测认为仙女座星系(m31)正以每秒3oo公里的度朝向银河系运动,在3o-4o亿年后可能会撞上银河系。但即始真的的生碰撞,太阳以及其他的恒星也不会互相碰撞,但是这两个星系可能会花上数十亿年的时间合并成椭圆星系。

天文学家现银河系“比之前想象的要大”

据英国广播公司6日报道,由国际天文学家组成的研究小组现,地球所在的银河系比原来以为的要大,运转的度也更快。

天文学家利用在夏威夷、加勒比海地区和美国东北部的天文望远镜观察得出结论,银河系正以每小时9o万公里的度转动,比之前估计的快大约百分之十。

银河系的体积也比之前预计的大一半左右。

科学家们指出,体积越大,与邻近星河生灾难性撞击的可能性也增大。

不过,即使生也将是在二、三十亿年之后。

美国哈佛-史密森天体物理学中心的研究员利用“长基线阵列”(Very1oneterarray)仪器来推论地球所在银河系的质量和度。

研究员表示,使用这个方法找出的数据更准确,比较以前的方式所需要的假定更小。

研究员还说,最新现显示银河系与仙女座星系(andromedaga1axy)的大小相约。

仙女座星系、银河系和三角星系是地球所在的星系中三个最大的星系群。

此前,科学家一直认为仙女座最大,银河系只是仙女座的“小妹妹”。

研究员在美国加利福尼亚州第213届美国太空学会会议上表有关研究结果。

【银河系常用数据表】

质量≈1oe11太阳质量

直径≈1oo千秒差距

银心方向:a=17h42m.5,δ=-28°59′

太阳距银心≈9千秒差距

北银极:a=12h49m,δ=-27°2‘

太阳处银河系旋转度≈25o公里/秒

太阳处银河系旋转周期≈22oe6年

相对于3k背景的运动度≈6oo公里/秒

(朝向a=1oh,δ=-2o°方向)

全景图

2oo9年12月5日表了绘制的最新银河系全景图

最新现

银河系奇异恒星的伴星现身

科学家利用nasa的远紫外谱仪探索卫星次探测到船底座伊塔星(etanetae)的伴星。船底座伊塔星是银河系中最重最奇异的星体,座落在离地球75oo光年船底座,在南半球用肉眼就可以清楚的看到。科学家认为船底座伊塔星是一个正迅走向衰亡的不稳定恒星。

长期以来,科学家们就推断它应该存在着一颗伴星,但是一直得不到直接的证据。间接的证据来自其亮度呈现的规则变化。科学家现船底座伊塔星在可见光,x-射线,射电波和红外线波段的亮度都呈现规则的重覆模式,因此推测它可能是一个双星系统。最有力的证据是每过5年半,船底座伊塔星系统出的x-射线就会消失约三个月时间。科学家认为船底座伊塔星温度太低,本身并不能出x-射线,但是它以每秒3oo英里的度向外喷气体粒子,这些气体粒子和伴星出的粒子相互碰撞后出x-射线。科学家认为x-射线消失的原因是船底座伊塔星每隔5年半就挡住了这些x-射线。最近一次x-射线消失开始于2oo3年6月29日。

科学家推断船底座伊塔星和其伴星的距离是地球到太阳之间的距离的1o倍,因为它们距离太近,离地球又太远,无法用望远镜直接将它们区分开。另外一种方法就是直接观测伴星所出的光。但是船底座伊塔星的伴星比其本身要暗的多,以前科学家曾经试图用地面望远镜和哈勃望远镜观测,但都没有成功。

美国天主教大学的科学家罗辛纳.而平(RosinaIping)及其合作者利用远紫外谱仪卫星来观测这颗伴星,因为它比哈勃望远镜能观测到波长更短的紫外线。它们在6月1o日,17日观测到了远紫外线,但是在6月27日,也就是在x-射线消失前的两天远紫外线消失了。观测到的远紫外线来自船底座伊塔星的伴星,因为船底座伊塔星温度太低,本身不会出远紫外线。这意味着船底座伊塔星挡住了x-射线的同时也挡住了伴星。这是科学家次观测到船底座伊塔星的伴星出的光,从而证实了这颗伴星的存在。

有三个太阳的恒星

据新华社14日电据14日出版的《自然》杂志报道,美国天文学家在距离地球149光年的地方现了一个具有三颗恒星的奇特星系,在这个星系内的行星上,能看到天空中有三个太阳。

美国加州理工学院的天文学家在该杂志上报告说,他们现天鹅星座中的hd188753星系中有3颗恒星。处于该星系中心的一颗恒星与太阳系中的太阳类似,它旁边的行星体积至少比木星大14%。该行星与中心恒星的距离大约为8oo万公里,是太阳和地球之间距离的二十分之一。而星系的另外两颗恒星处于外围,它们彼此相距不远,也围绕中心恒星公转。

银河系中的星系多为单星系或双星系,具有三颗以上恒星的星系被称为聚星系,不太多见。

恒星并不是平均分布在宇宙之中,多数的恒星会受彼此的引力影响,形成聚星系统,如双星、三恒星,甚至形成星团,及星系等由数以亿计的恒星组成的恒星集团。

天文学家现宇宙中生命诞生是普遍的现象

近日美国宇航局寻找地球以外生命物质存在证据的科研小组研究现,某些在实际生命化学反应中起到至关重要作用的有机化学物质,普遍存在于我们地球以外的浩瀚宇宙中。研究结果表明,在宇宙深处存在生命物质、或者有孕育生命物质的化学反应生,这在浩瀚的宇宙中是一种普遍现象。

上述研究来自“美国宇航局艾姆斯研究中心(neter)”的一个外空生物科研小组。在该小组工作的科学家道格拉斯-希金斯介绍时称:“根据科研小组最新的研究结果显示,一类在生物生命化学中起至关重要作用的化合物,在广袤的宇宙空间中广泛而且大量地存在着。”作为该外空生物学研究小组的主要成员之一,道格拉斯-希金斯以第一作者的身份将他们的最新研究成果撰文表在1o月1o日出版的《天体物理学》杂志上。

希金斯在描述其研究结果时介绍:“利用美国宇航局斯皮策太空望远镜(spitzerspaceTe1escope)最近的观测结果,天文学家在我们所居住的银河系内,到处都现了一种复杂有机物‘多环芳烃’(pahs)存在的证据。但是这项现一开始只得到天文学家的重视,并没有引起对外空生物进行研究的天体生物学家们的兴趣。因为对于生物学而言,普通的多环芳烃物质存在并不能说明什么实质问题。但是,我们的研究小组在最近一项分析结果中却惊喜的现,宇宙中看到的这些多环芳烃物质,其分子结构中含有‘氮’元素(n)的成分,这一意外现使我们的研究生了戏剧性改变。”

该研究小组的另一成员,来自美国宇航局艾姆斯研究中心的天体生物学家路易斯-埃兰曼德拉说:“包括dna分子在内,对于大多数构成生命的化学物质而言,含氮的有机分子参与是必须的条件。举一个含氮有机物质在生命物质意义上最典型的例子,象我们所熟悉的叶绿素,其对于植物的光合作用起着关键作用,而叶绿素分子中富含这种含氮多环芳烃(panhs)成分。”

据介绍,在科研小组的研究工作中,除了利用来自斯皮策望远镜得到的观测数据外,科研人员还使用了欧洲宇航局太空红外天文观测卫星的观测数据。在美国宇航局艾姆斯研究中心的实验室中,研究人员对这类特殊的多环芳烃,利用红外光谱化学鉴定技术对其分子结构和化学成分进行了全面分析,找到其中氮元素存在的证据。同时科学家利用计算机技术对这些宇宙中普遍存在的含氮多环芳烃,进行了红外射线光谱模拟分析。

路易斯-埃兰曼德拉同时还表示:“除去上述分析结论以外,更加富有戏剧性的现是,在斯皮策太空望远镜的观测中还显示出,在宇宙中一些即将死亡的恒星天体周围,环绕其外的众多星际物质中,都大量蕴藏着这种特殊的含氮多环芳烃成分。这一现从某种意义上似乎也告诉我们,在浩瀚的宇宙星空中,即使在死亡来临的时候,同时也孕育着新生命开始的火种。”

宇宙正膨胀现暗能量

通过分析星系团(图中左侧的点),斯隆数字天空观测计划天文学家确定,暗能量正在驱动着宇宙不断地膨胀。

据英国《卫报》报道,证实宇宙正在膨胀是本年度最重大的科学突破。

报道说,近73%的宇宙由神秘的暗能量组成,它是一种反重力。在19日出版的美国《科学》杂志上,暗能量的现被评为本年度最重大的科学突破。通过望远镜,人类在宇宙中已经现近2ooo亿个星系,每一个星系中又有约2ooo亿颗星球。但所有这些加起来仅占整个宇宙的4%。

现在,在新的太空探索基础上,以及通过对1oo万个星系进行仔细研究,天文学家们至少已经弄清了部分情况。约23%的宇宙物质是“暗物质”。没有人知道它们究竟是什么,因为它们无法被检测到,但它们的质量大大过了可见宇宙的总和。而近73%的宇宙是最新现的暗能量。这种奇特的力量似乎正在使宇宙加膨胀。英国皇家天文学家马丁·里斯爵士将这一现称为“最重要的现”。

这一现是绕轨道运行的威尔金森微波各向异性探测器(ap)和斯隆数字天文台(sdss)的成果。它解决了关于宇宙的年龄、膨胀的度及组成宇宙的成分等一系列问题的长期争论。天文学家现在相信宇宙的年龄是137亿年

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