銀河系知多少？(上)

由恒星和星系物質組成的巨大的、盤狀系統，太陽是該系統中的一員。銀河系中的眾多繁星的光形成了銀河，成為環繞夜空的外形不規則的發光帶。這條星光帶大體上位於銀盤平面上。銀河系是構成宇宙的億萬個星系中的一個。它擁有幾百億顆恒星和相當大量的星際氣體和塵埃。

銀河系是星系類型中的旋渦星系一類的典型。它的核心周圍是一個巨大的中央核球，並有纏繞著它的旋臂。這些彎曲的旋臂使銀河系的外形看上去像是一個龐大的車輪。旋臂均勻沉陷在銀盤中。銀盤是銀河系的主要組成部分，直徑約70000光年。銀核為星際塵埃粒子遮罩，它們吸收銀核輻射中的可見光和紫外光。但科學家可以在射電、紅外、X射線和γ射線的波段，記錄並研究銀核區發出的輻射。特別是紅外輻射和X射線中的強發射，表明存在著高速運動的電離氣體雲。

現在多認為，這種氣體雲在環繞一個大品質天體運轉，很可能是一個品質約為400萬個太陽品質的黑洞。科學家已確認，中央核球的主要成分是一些老年恒星和老年星團。旋臂的成分則是完全不同的另一類天體。旋臂中的天體屬於十分年輕的亮星和疏散星團。此外，在旋臂區域內是星際氣體和塵埃粒子的最高度集聚區，所以那裏也是新的恒星形成的最適合的所在。太陽位於這些旋臂中的一條，即獵戶臂的內側邊緣附近，距銀河系中心約為銀河系半徑的三分之二距離處。

銀核位於人馬座天區方向，和太陽的距離約為23000光年。銀盤的上和下為一球形區域（稱為球狀成分），其中充斥著球狀星團和其他年齡很大的天體。例如貧重元素的矮星。銀河系的週邊一直到可見的邊緣，為一個巨大的大品質銀暈。它的成分、形狀和延伸大小尚不十分清楚。整體銀河系統繞銀心自轉，但不同組成部分的天體並不以相同的速度公轉。距銀心遠的天體比距銀心近的天體速度慢。距銀心相當遠的太陽以一個近似圓形公轉軌道繞銀心的運動，速度估計為225公里/秒。由於太陽的公轉速度較慢，它繞銀心公轉一周約須2億年。

地球所在的太陽系處於銀河系中，在地球上看銀河會發現橫跨星空的一條乳白色亮帶，這就是銀河系主體在天球上的投影。中國古代又稱為銀漢。在北半天，銀河從天鷹座先向西北，經過天箭座、狐狸座、天鵝座、仙王座、仙后座,再折向東南,穿過英仙座、禦夫座、金牛座、雙子座、獵戶座、縱貫天球赤道上的麒麟座，進入南半天的大犬座、船尾座、船帆座，又折向西北，橫過船底座、南十字座、半人馬座、圓規座、矩尺座、天蠍座、人馬座和盾牌座。銀河經過23個星座，周天一圈後又回到天鷹座。用望遠鏡觀察，可以看見銀河是由為數眾多的恒星和星雲組成的。星雲有亮有暗。亮星雲密集處使銀河增亮，例如，盾牌座、人馬座一帶的亮區。暗星雲則表現為銀河上的暗區，例如，天鷹座以南的“大分叉”和南十字座附近的“煤袋”。銀河在星空勾畫出輪廓不很規則、寬窄不很一致的帶，叫作銀道帶。銀道帶最寬處達30°，最窄處也超過10°。

銀河系的發現經歷了漫長的過程。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。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，太陽不在中心。沙普利得出，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，銀河系自轉被發現以後，沙普利的銀河系模型得到公認。

銀河系的總體結構是：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。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。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。

1971

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。銀河系是一個旋渦星系，具有旋渦結構，即有一個銀心和兩個旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋轉速度和週期，因距銀心的遠近而不同。太陽距銀心約2.3萬光年，以250千米/秒的速度繞銀心運轉，運轉的週期約為2.5億年。

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CO、H2O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。

晴朗的夜晚，令人驚訝的是，我們從地球上用肉眼只能看到約3000顆恒星。當然，人們也能看到一條薄薄的霧狀帶，從這頭到那頭，橫跨整個天空，這就是銀河。銀河早在望遠鏡問世時就被認清由數百萬顆光線微弱的恒星組成。今天我們已經知道，銀河只是我們從本星系看到的內觀形象——一個由氣體雲和1000多億顆恒星組成的巨大螺旋體。我們的銀河系也僅僅是形態各不相同的幾十億個星系之一。

我們看到的銀河之所以呈一道乳白色的亮帶橫跨天空，是因為我們的太陽系就位於銀河系之中。太陽系距離銀河系這個規模10萬光年大小的鐵餅狀星系的中心大約有27000光年。銀河系的中心在人馬座方向，邊緣位於金牛座方向。 通過對其他星系和我們本星系的觀察，天文學家得到了銀河系的構造圖。銀河系的中心是一個巨大的圓核，核的四周由恒星包裹著。核的內部究竟由何物組成，目前還一直存有爭議。從銀核出發，一支支旋臂曲折地向外伸出，在旋臂上也還有新的恒星產生。

銀河系的自轉形式並不如同一個固態盤體：中心慢，邊緣快。它的自轉速度卻是中心快，邊緣慢，即從中心向邊緣，先呈快加速態，後取慢減速狀。我們太陽系繞行銀河系中心一周大約需要2.4億年，與銀河系230千米／秒的自轉速度相等。銀河系的品質估計為太陽品質的3400億倍。星系是宇宙中的最重要結構。在宇宙中，星系的數量可能與銀河系中的恒星數量差不多。星系相互積聚成星團，而星團又繼續積聚成更大的超級星團。整個宇宙猶如一個巨大的氣球形結構，在想像的氣球球面上分佈著眾多的星系，而在氣球的內部則幾乎是一片空白區。

星系的形狀和大小各不相同。在星系的內部有兩種類型不同的恒星：星族Ⅰ型恒星和星族Ⅱ型恒星。星族Ⅱ型恒星主要位於橢圓星系內，它們看來是宇宙中年齡最大的恒星，幾乎完全由氫構成，較重元素的含量極少。星族Ⅰ型恒星相對較年輕，比如我們的太陽就是，這類恒星的特點是所含較重元素的比重比較大。那些最大的星系，無論是橢圓星系或是螺旋星系，它們都常常擁有一些小的伴星系。例如圍繞我們銀河系運行的伴星系就有大麥哲倫星雲和小麥哲倫星雲，它們出現在銀河附近，肉眼可見，猶如脫離銀河的兩塊碎片。

在宇宙的深處，人們近幾十年來發現了一系列陌生的常常帶有神秘色彩的天體，其中也包括那些呈特強射電源或特強紅外線源的星系。這種所謂的“激擾星系”又分成不同的類型，如橢圓射電星系或螺旋塞佛特星系。在激擾星系中，尤其是那些中心含有類星體的星系顯得更加突出。類星體的光度常常大大超過包在它四周、由幾十億顆恒星組成的整個星系。

激擾星系的射電信號常常來自于向外延伸的“噴射物”。這種噴射物估計就是從星系中央向兩個相反方向噴射的物質流。特別是類星體常常會在極短的時間內，幾天或幾個月，發生光度變化。因此，科學家們斷定，類星體的巨大能量是在一個比我們太陽系大不了多少的相對狹窄的空間中產生的。

推動激擾星系活動的動力過程是什麼，現在還有爭論。然而，今天的理論得到的結果是：在激擾星系的中心，尤其是在類星體的中心，有品質大於太陽質量數百萬倍的超級大品質黑洞存在。在黑洞的巨大吸引力作用下，周圍的物質都呈螺旋狀被吸進去。就在被吸物質進入黑洞前的一刹那，它被加熱到幾十億度。其中有一部分由於強磁場的作用，會向垂直於該物質盤面的兩個相反方向射去，形成噴射。由於磁場中的電子加速作用，一種類似於在粒子加速器中產生的“同步加速射線”便形成了。

除了幾顆行星以外，人的肉眼在夜晚所看到的星星大多為恒星，也就是可以自身發光、發熱的星體。俗話說：“天上星，數不清。”但實際上，人的肉眼可以看到的恒星是有限的。有人估計，用肉眼最多可以看到5800顆左右的恒星，但對普通人來說，能夠看到2500顆恒星已屬不易。

我們通常所見的恒星實際上部是銀河系的家庭成員。銀河系是由2000多億個星體組成的星體群，而其中恒星大約有1000多億顆，我們的太陽就是其中一顆非常普通的恒星。天文學家估計，銀河系的總品質相當於太陽品質的1400億倍(太陽品質約為2×1030公斤)。(續)