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第三章 银河系（第1页）

第三章银河系

银河系到今天有多少岁了？

长期以来，天文界对银河系的年龄说法不一。有的认为只有70亿岁，有的认为有200亿岁。1983年，美国教授纳斯·詹姆士和彼雷·迪马库，使用一种新的测量技术对银河系的年龄进行了反复的计算，结果最后测定银河系的年龄接近120亿岁。发明宇宙天文钟的荷兰天文学家经测量认为，1990年宇宙年龄的上限为120亿年。

银河系有哪些结构构成？

很久以来，天文学家一直认为银河系是一个漩涡星系。但1991年，美国科学家认为银河系是棒旋星系，为此提出了种种线索。例如，银河系核心附近的星际云的不规则运动是以一个棒为中心的。对银河系核心附近的恒星的近红外光观测，为棒状结构发现提供了直接证据。棒略微倾斜，它的东端向南倾斜穿出银道面，如它在天空中的大角厚度所揭示的那样，那部分离地球也比较近。经贝尔实验室的科学家计算，证明棒的重力将使附近的大质量星际气体云迅速地旋进核心，其结果很可能是激烈的中心恒星爆发。在爆发中，大量的非常亮的大质量恒星形成。

什么是银河系的分子云？

1982年美国科学家发现，在银河系外缘部有新的分子云。太阳系距离银河系中心大约3万光年。新近发现的分子云大约位于太阳系外侧3万至5万光年处，其主要成分是氢和一氧化碳，分子云的范围大约为3万光年。

银河系的中子星爆发消亡

1996年，美国天文学家在靠近银河系中心的位置发现了一个天体。该天体被认为是一颗正在消亡的“中子星”。这是x射线天文学35年来的首次发现，引起了科学家们极大的兴趣并争先恐后地投入研究，以赶在该星体消亡前获得尽可能多的数据。该星体的直径仅16千米，但却有巨大的质量——相当于太阳的质量；有巨大的重力场——相当于地球的1亿倍。该星体的密度极高，仅一手指尖大小的物质就有l亿吨。该星体从一个比它更大的伴星上吸取气体，获得能量，其抽取气体的力量之大可把这整气体加温至1亿度，并由此引发每半秒钟一次x射线长时间的爆发。该星体的独特之处还在于在x光波长上同时具有脉冲和爆发两种现象，还存在x射线长爆发现象，一天达二十余次。有的科学家说该发现“是一个奇迹之巅的奇迹”。

银河系如何诞生新星？

1989年，日本科学家在世界上首次记录了一颗银河系新星的诞生过程。他们借助微波干涉仪完成了系列摄影，根据这些相片可以观察到作为一颗新星形成过程的初始阶段怎样向银河中部的一个点集中。研究已确定，即将从中产生恒星的气体星云直径总计为一光年；气体围绕“云雾”中心旋转的速度，边缘为一秒钟一千米，靠近中心为一秒钟三千米。

银河系存在巨大黑洞，天文学中“黑洞”是指演变到最后阶段的恒星，由中子星进一步收缩而形成的。黑洞有巨大的引力场，使它所发射的任务电磁波都无法向外传播，从而变成看不见的孤立天体。我们只能通过引力作用来确定它的存在，所以叫做“黑洞”，也叫“坍缩星”。由于天河中心释放出x光和电波，所以科学界认为银河中心存在着黑洞。但是，多年来科学界一直未找到证明黑洞确实存在的证据。在1997年8月于日本京都市举行的第23届国际天文学联系总会上，美国及德国的两个科研小组同时报告：在银河系中心的确存在巨大的黑洞，他们的研究已找到了这种证据。两个小组的研究均得出几乎相同的结果，足可使银河系中心存在巨大黑洞成为定论。找到这种证据的是德国麦克斯普兰克研究所的研究小组，另一个是美国加利福尼亚大学的研究小组。德国的研究小组在以往的6年问，利用智利的3．5米口径望远镜，对处于天马星座银河系中心附近的星体活动进行了详细观测。发现在从银河巾心到光行进一周时问的距离内的星体正以每秒约两千米的迅猛速度绕银河中心周围旋转。从这一速度计算得出，星体旋转轨道内侧的质量约为太阳质量的250万倍。将如此巨大的质量集中于如此狭小的范围内，除了黑洞没有其他可能。加利福尼亚大学研究小组开始观测的时间比德国的研究小组晚。他们用口径10米的望远镜，通过两年的猛追细察，准确地掌握了银河系中心附近近百个星体的运动速度。以这些速度计算出的中心质量与德国研究小组的基本相同，大约也是太阳质量的250万倍。德国和美国的科研小组在不同的地方、利用不同的器械分别进行观测得到了相同的结论，这可以证明黑洞确实存在。

银河外星系是怎样的？

在广袤无垠、浩瀚辽阔的宇宙海洋中，肉眼所见的天体，绝大多数是银河系的成员，那么，银河系就是通常所说的宇宙吗?远远不是!在宇宙中存在着数以亿计的星系，我们的银河系只是一个普通的星系，银河系以外的星系称为河外星系，简称星系，因此，银河系并不是宇宙，它只是宇宙海洋中的一个小岛，是无限宇宙中的很小的一部分。据天文学家估计，在银河系以外约有上千亿个河外星系，每个星系都由数万乃至数千万颗恒星组成。河外星系有的是两个结成一对，多的则几百以致几千个星系聚成一团。现在观测到的星系团已有一万多个，最远的星系团距离银河系约70亿光年。河外星系的外形和结构多种多样。1926年，哈勃按星系的形态，把星系分为椭圆星系、漩涡星系和不规则星系三大类。后来又细分为椭圆、透镜、漩涡、棒旋和不规则星系五个类型。各类星系中，距离银河系较近的星系有麦哲伦云星系和仙女座星系。麦哲伦云星系，包括大麦哲伦云和小麦哲伦云两个星系，它们是银河系的两个伴星，也是离银河系最近的星系，距离银河系为16万光年和19万光年。它们在北纬20。以南的地区升出地平面，是南大银河附近两个肉眼清晰可见的云雾状天体。大麦哲伦云星系在剑鱼座和山案座，张角约6。，相当于12个月球视直径，小麦哲伦云星系在杜鹃座，张角约2。，相当于4个月球视直径。两个星系在天球上相距约20．5万光年。关于河外星系的发现过程可以追溯到两百多年前。初冬的夜晚，熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点，俗称仙女座大星云。从1885年起，人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星，从而推断出仙女座星云不是一团普通的、被动地反射光线的尘埃气体云，而一定是由许许多多天体构成，这样才有可能在它们中间出现那么多的新星。如果假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其他新星的亮度是一样的，那么就可以大致推断出仙女座大星云离我们十分遥远，远远超出了我们已知的银河系的范围。但是由于用新星来测定的距离并不很可靠，因此也引起了争议。直到1924年，美国天文学家哈勃用当时世界上最大的2．4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为“量天尺”的造父变星，利用造父变星的光变周期和光度的对应关系才定出仙女座星云的准确距离，证明它确实是在银河系之外，也像银河系一样，是一个巨大、独立的恒星集团。因此，仙女星云应改称为仙女星系。

什么是大麦哲伦云星系？

麦哲伦云星系是由阿拉伯人和葡萄牙人首先发现的。1521年，葡萄牙著名航海家麦哲伦在环球航行时，第一次对它们作了精确描述，后来就以他的名字命名。1912年，美国天文学家勒维特发现小麦哲伦云的造父变星的周光关系，赫茨普龙和沙普利随即测定了小麦哲伦云的距离，成为最早确定的河外星系。两星云之间虽存在着微弱的联系，但它们自存一个系统。大麦哲伦云星系从前离我们可能更近一些，大约在五亿年前，它也许恰好挨着我们的银河系，距离银心只有6．5万光年。小麦哲伦云中一个恒星形成区域的中心。刚刚形成的明亮蓝色恒星驱散了那里的气体尘埃，在星云中吹出了一个巨大的空洞。大麦哲伦云星系属棒旋星系或不规则星系，质量为银河星系的l／20。小麦哲伦云星系属不规则星系或不规则棒旋星系，质量只及银河系的l／100。麦哲伦云星系中的气体含量丰富，中性氢质量分别占它们总质量的9％和32％，，都比银河系大得多。但它们的星际尘埃含量却比银河系少，而年轻的星族I的天体则很多，有大量的高光度O—B型星；此外，还观测到新星、超新星遗迹，x射线双星等天体。射电资料表明，大小麦哲伦云星系有一个共同的氢云包层；两云之问的中性氢纤维状结构，一直伸展到南银极大区，横跨半个天球，称为麦哲伦气流。它们和银河系有物理联系，三者构成一个三重星系。由于麦哲伦云星系距离我们太遥远，对它们的范围现在还没有一个精确的数字。估计大麦哲伦云星系的直径可能达到4万光年，接近银河系的一半。麦哲伦云星系的恒星分布密度比银河系低得多。大麦哲伦云星系的恒星总数可能不超过50一100亿个；小麦哲伦云星系则只10～20亿个。两星系的恒星数量加在一起，只及银河系的1／10。因此，有人把它们说成是银河系的两个卫星。

什么是仙女座星系？

仙女座星系，又称仙女座大星云。它用肉眼可以看见，亮度为4度，看上去像是一颗暗弱、模糊的星系。仙女座星系是位于仙女星座的巨型漩涡星系，天球坐标是赤经0640m0，赤纬+41。00（1950．0）。视星等My为3．5等，肉眼看去状如暗弱的椭圆小光斑。在照片上呈现为倾角77~的sb型星系，大小是160×40，从亮核伸展出两条细而紧的旋臂，范围可达245×75。1786年确认为银河系之外的恒星系统。现在测定它的距离为220万光年（670千秒差距）。直径是16万光年（50秒差距），为银河系的一倍，是本星系群中最大的一个。近年来发现，仙女座星系成员的重元素含量从外围向中心逐渐增加。1914年探知它有自转运动。据目前估计，仙女星系的质量不小于3．1×10，相对太阳质量，是本星系群中质量最大的一个。仙女星系中心有一个类星核心，绝对星等级Mv=一1l，直径只有25光年（8秒差距），质量相当于107个太阳，即一立方秒差距内聚集1500个恒星。类星核心的红外辐射很强，约等于银河系整个核心区的辐射。但那里的射电却只有银河射电的1／20。仙女星系有两个矮伴星系——NGC221（M，2）和NGC205，按形态分类分别为E2和E5。P在本星系群中，仙女星系还和其他星系构成所谓仙女星系次群。漩涡星系又叫漩涡星云，是漩涡形状的河外星系。漩涡星系的中心区为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核心球网端延伸出若干条螺线状旋臂，跌回在星系盘上。漩涡星系可以分正常漩涡星系和棒旋星系两种。按哈勃分类，正常漩涡星系又分为a、b、c三种次型；S型中心区大，稀疏地分布着紧卷旋臂s型中心区较小，旋臂较大并较伸展；s型中心区为小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星和超巨星、电离氢区外，同时还有大量的尘埃和气体分布在星盘上，从侧面看去，在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕，叫做星系晕。其中主要的星族Ⅱ天体，其典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100～300个球星团，不均匀地散布在星系盘周围空间。再往外，可能还有更稀疏的气体球；称为星系冕。漩涡星系向质量（M）为109—1011个太阳质量。仙女座星系是距离我们银河系最近的大星系。一般认为银河系的外观与仙女座大星系十分很像，两者共同主宰着本星系群。仙女座大星系弥漫的光线是由数千亿颗恒星成员共同贡献而成的。几颗围绕在仙女座大星系影像旁的亮星，其实是我们银河系里的星星，比起背景物体要近得多了。仙女座大星系又名为M3l，因为它是著名的梅西耶星团星云表中的第31号弥漫天体。M31的距离相当远，从它那儿发出的光需要200万年的时间才能到达地球。星云中的恒星可以划分成约20个群落，这意味着它们可能来自仙女座星系“吞噬”的较小星系。河外星系除上述几种星系外，还发现有大量各种类型的星系。天文学家估计，在最先进的仪器所观测到的这一部分宇宙里，星系的总数可能高达一千亿个之多。不久以前，美国天文学家宜布发现了迄今为止最大的发光结构——一道由星系组成的长至少有5亿光年、宽约2亿光年、厚约1500光年、距地球2—3亿光年的“宇宙长城”。这座巨大的“宇宙长城”实际是一个巨大的河外星系。随着太空时代的到来，人们对太空星系越来越感兴趣。如今世界各地已有数百种天文杂志和数千个大大小小的天文学会社团，仅西欧就有数十万业余天文爱好者。世界各国为使自己在开发利用宇宙空问的宏伟事业中处于有利地位，更是加紧探索宇宙中的奥秘。