我們所在的─銀河系─神秘面紗(1)

銀河系是太陽系所在的星系，包括1000到4000億顆恒星和大量的星團、星雲，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的直徑約為100,000光年，中心厚度約為12,000光年，可見物質總品質是太陽品質的大約1400億倍。過去銀河系被認為與仙女座星系一樣是一個旋渦星系，但最新的研究表明銀河系應該是一個棒旋星系。銀河系具有巨大的盤面結構，有一個銀心和四條旋臂，旋臂相距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26,000光年。2013年6月NASA公佈了1.6億圖元容量為457MB最清晰銀河圖。

天文學家瑪麗亞·格曼認為通過對銀河系恒星集群盤面的研究表明，銀河系內圍的恒星集群年齡較大，而週邊的恒星則更加年輕，可以推測銀河系的形成過程從內部開始，後來逐漸演化到10萬光年以上的直徑。科學家稱本次調查還發現新的證據，銀河系在成長過程中還吞併了許多小星系，來自其他星系的天體匯入了銀河系的內部。曾經史蒂芬·霍金聲稱自己的觀測表明銀河系中心是一個巨大的黑洞，但現在霍金自己已經對黑洞是否存在存疑，所以銀河系的結構重新成了一個謎團。

科學家發現銀河系經歷了漫長的過程。望遠鏡發明後，伽利略首先用望遠鏡觀測銀河，發現銀河由恒星組成；而後，T.賴特、I.康得、J.H.朗伯等認為，銀河和全部恒星可能集合成一個巨大的恒星系統。

在18世紀後期，F.W.赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恒星計數的觀測，以確定恒星系統的結構和大小，他斷言恒星系統呈扁盤狀，太陽離盤中心不遠。他去世後，其子J.F.赫歇爾繼承父業，繼續進行深入研究，把恒星計數的工作擴展到南天。

20世紀初，天文學家把以銀河為表觀現象的恒星系統稱為銀河系。J.C.卡普坦應用統計視差的方法測定恒星的平均距離，結合恒星計數，得出了一個銀河系模型。在這個模型裏，太陽居中，銀河系呈圓盤狀，直徑8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利應用造父變星的周光關係，測定球狀星團的距離，從球狀星團的分佈來研究銀河系的結構和大小。他提出的模型是：銀河系是一個透鏡狀的恒星系統，太陽不在其中心。沙普利計算出：銀河系直徑80千秒差距，太陽離銀心20千秒差距，這些數值太大，因為沙普利在計算距離時未計入星際消光。

20世紀20年代，銀河系自轉被發現後，沙普利的銀河系模型得到公認。銀河系是一個巨型棒旋星系（漩渦星系的一種），Sb型，共有4條旋臂。包含1.2千億顆恒星。銀河系整體作較差自轉，太陽處自轉速度約220千米/秒，太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河系的目視絕對星等為－20.5等，銀河系的總品質大約是我們太陽品質的1.4萬億倍，大致10倍於銀河系全部恒星品質的總和。這是我們銀河系中存在範圍遠遠超出明亮恒星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河系的年齡，占主流的觀點認為，銀河系在宇宙大爆炸之後不久就誕生了，用這種方法計算出，我們銀河系的年齡大概在145億歲左右，上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙大爆炸大約發生137億年前。另一說法，銀河直徑約為8萬光年。

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可以測定銀河系中最年老恒星的年齡，從而定出銀河系的年齡，這種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，已經能夠檢測到恒星的釷，並作出相應的年齡估計。當然，這些恒星還不是銀河系中最早形成的恒星。銀河系中的第一代恒星具有非常大的品質，超過太陽品質的100倍。在這樣的恒星內部，核聚變反應極其快速，甚至只持續幾百萬年，因此，這些最早形成的恒星已經死亡、消失了很長時間。但是，與銀河系的年齡相比，由於它們的形成時間與人們今天在銀河系中觀測到的最年老恒星的形成時間之差完全可忽略不計，因此，可以把這些最年老恒星的年齡看作銀河系的年齡。

據其他多種方法測定，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所相隔的時間為10億年，那麼上述由核紀年法測定的銀河系年齡與宇宙年齡是相容的。

依據歐洲南天天文臺(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。由天文學家Luca Pasquini，Piercarlo Bonifacio，Sofia Randich，Daniele Galli，Raffaele G.Gratton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的兩顆恒星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恒星與第二代恒星交替的時間往前推進2至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。

銀河系主要星座

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、禦夫座、英仙座、仙后座和蠍虎座。銀河在天空明暗不一，寬窄不等。最窄只4°～5°，最寬約30°。北半球來說作為夏季星空的重要標誌，是從北偏東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）。

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。

銀河系是太陽系所在的恒星系統，包括一千二百億顆恒星和大量的星團、星雲，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃，它的可見總品質是太陽品質的1400億倍。在銀河系裏大多數的恒星集中在一個扁球狀的空間範圍內，扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫“核球”，半徑約為7千光年。核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”。在銀盤外面有一個更大的球形，那裏星少，密度小，稱為“銀暈”，直徑為7萬光年。

銀河系物質約90%集中在恒星內。恒星的種類繁多。按照恒星的物理性質、化學組成、空間分佈和運動特徵，恒星可以分為5個星族。最年輕的極端星族Ⅰ恒星主要分佈在銀盤裏的旋臂上；最年老的極端星族Ⅱ恒星則主要分佈在銀暈裏。恒星常聚集成團。除了大量的雙星外，銀河系裏已發現了1000多個星團。銀河系裏還有氣體和塵埃，其含量約占銀河系總品質的10%，氣體和塵埃的分佈不均勻，有的聚集為星雲，有的則散佈在星際空間。

20世紀60年代以來，發現了大量的星際分子，如一氧化碳、水等。分子雲是恒星形成的主要場所。銀河系核心部分，即銀心或銀核，是一個很特別的地方。它發出很強的射電、紅外，X射線和γ射線輻射。其性質尚不清楚，那裏可能有一個巨型黑洞，據估計其品質可能達到太陽品質的250萬倍。對於銀河系的起源和演化，知之尚少。

1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯曾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，並預言如果他們的假說正確，在銀河系中心應可觀測到一個尺度很小的發出射電輻射的源，並且這種輻射的性質應與人們在地面同步加速器中觀測到的輻射性質一樣。三年以後，這樣的一個源果然被發現了，這就是人馬A。

人馬A有極小的尺度，只相當於普通恒星的大小，發出的射電輻射強度為2*10（34次方）爾格/秒，它位於銀河系動力學中心的0.2光年之內。它的周圍有速度高達300公里/秒的運動電離氣體，也有很強的紅外輻射源。已知所有的恒星級天體的活動都無法解釋人馬A的奇異特性。因此，人馬A似乎是大品質黑洞的最佳候選者。但是由於當前對大品質的黑洞還沒有結論性的證據，所以天文學家們謹慎地避免用結論性的語言提到大品質的黑洞。我們的銀河系大約包含兩千億顆星體，其中恒星大約一千多億顆，太陽就是其中典型的一顆。銀河系是一個相當大的螺旋狀星系，它有三個主要組成部分：包含旋臂的銀盤，中央突起的銀心和暈輪部分。

螺旋星系M83，它的大小和形狀都很類似於我們的銀河系。銀盤外面是由稀疏的恒星和星際物質組成的球狀體，稱為銀暈，直徑約10萬光年。

旋臂主要由星際物質構成。銀河系也有自轉。太陽系以每秒250千米速度圍繞銀河中心旋轉，旋轉一周約2.2億年。銀河系有兩個伴星系：大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。與銀河系相對的稱之為銀河外星系。

銀河系星體結構是：銀河系物質的主要部分組成一個薄薄的圓盤，叫做銀盤，銀盤中心隆起的近似於球形的部分叫核球。在核球區域恒星高度密集，其中心有一個很小的緻密區，稱銀核。銀盤外面是一個範圍更大、近於球狀分佈的系統，其中物質密度比銀盤中低得多，叫作銀暈。銀暈外面還有銀冕，它的物質分佈大致也呈球形。

觀測到的銀河旋臂結構，2005年銀河系被發現以哈柏分類來區分應該是一個巨大的棒旋星系SBc（旋臂寬鬆的棒旋星系），總品質大約是太陽品質的6,000億至30,000億倍，有大約1,000億顆恒星。

從80年代開始，天文學家才懷疑銀河是一個棒旋星系而不是一個普通的螺旋星系。2005年，斯必澤空間望遠鏡證實了這項懷疑，還確認了在銀河的核心的棒狀結構與預期的還大。

銀河的盤面估計直徑為98,000光年，太陽至銀河中心的距離大約是28,000光年，盤面在中心向外凸起。

銀河的中心有巨大的品質和緊密的結構，因此強烈懷疑它有超重品質黑洞，因為已經有許多星系被相信有超重品質黑洞在核心。

就像許多典型的星系一樣，環繞銀河系中心的天體，在軌道上的速度並不由與中心的距離和銀河品質的分佈來決定。在離開了核心凸起或是在週邊，恒星的典型速度是每秒鐘210～240公里之間。因此這星恒星繞行銀河的週期只與軌道的長度有關，這與太陽系不同，在太陽系，距離不同就有不同的軌道速度對應著。

銀河的棒狀結構長約27,000光年，以44±10度的角度橫亙在太陽與銀河中心之間，他主要由紅色的恒星組成，相信都是年老的恒星。

被觀察到與推論的銀河旋臂結構每一條旋臂都給予一個數字對應（像所有旋渦星系的旋臂），大約可以分出100段。相信有四條主要的旋臂起源自銀河的核心，它們的名稱如下：

2 and 8 - 3kpc 和英仙臂。

3 and 7 - 距尺臂和 天鵝臂（與最近發現的延伸在一起 - 6）。

4 and 10 - 南十字座和盾牌臂。

5 and 9 -船底座和人馬臂。

至少還有兩個小旋臂或分支，包括：

11 -獵戶臂（包含太陽和太陽系在內- 12）。

最新研究發現銀河系可能只有兩條主要旋臂，人馬臂和矩尺臂絕大部分是氣體，只有少量恒星點綴其中。

穀德帶（本星團）是從獵戶臂一端伸展出去的一條亮星集中的帶，主要成員是B2～B5型星。也有一些O型星 ，彌漫星雲和幾個星協，最靠近的OB星協是天蠍-半人馬星協，距離太陽大約400光年。

在主要的旋臂外側是外環或稱為麒麟座環，這是天文學家布賴恩·顏尼（Brian Yanny）和韓第·周·紐柏格（Heidi Jo Newberg）提出，是環繞在銀河系外由恒星組成的環，其中包括在數十億年前與其他星系作用誕生的恒星和氣體。

銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍著，估計直徑在250,000至400,000光年。由於盤面上的氣體和塵埃會吸收部分波長的電磁波，所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面（特別是旋臂）是恒星誕生的活躍區域，但是銀暈中沒有這些活動，疏散星團也主要出現於盤面上。

一般認為，銀河系中的恒星多為雙星或聚星。而2006年新的發現認為，銀河系的主序星中2/3都是單星。

銀河中大部分的品質是暗物質，形成的暗銀暈估計有6,000億至3兆個太陽品質，以銀核為中心被聚集著。

新的發現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加，比早先經由仙女座星系(M31）的盤面所獲得的更多。新發現的證據，證實外環是由天鵝臂延伸出去的，明確的支持銀河盤面向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星系的發現，與在環繞著銀極的軌道上的星系碎片，說明了他因為與銀河的交互作用而被扯碎。同樣的，大犬座矮星系也因為與銀河的交互作用，使得殘骸在盤面上環繞著銀河。

在2006年1月9日，Mario Juric和普林斯頓大學的一些人宣佈，史隆數位巡天在北半球的天空中發現一片巨大的雲氣結構（橫跨約5,000個滿月大小的區域）位元在銀河之內，但似乎不合於當前所有的銀河模型。他將一些恒星彙聚在垂直於旋臂所在盤面的垂線上，可能的解釋是小的矮星系與銀河合併的結果。這個結構位於室女座的方向上，距離約30,000光年，暫時被稱為室女恒星噴流。

在2006年5月9日，Daniel Zucker和Vasily Belokurov宣佈史隆數位巡天在獵犬座和牧夫座又發現了兩個矮星系。(續)