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第4章 我们的银河系

在晴朗无月的夜晚,我们可以看到天空上一条白茫茫的光带。它环绕整个天空,我国古人称之为天河、星河、银河、银汉、天津等,西方人称之为“牛奶之路”(milkway)。1609年伽利略利用望远镜观测星空后,人们才知道,银河是由许许多多的星星组成的,并没有什么天河。

将全天的恒星与银河作为一个天体系统,则是英国天文学家威廉·赫歇耳提出的,他是通过恒星的直接计数发现的。恒星计数是相当困难的工作,他和他的妹妹嘉洛琳在长达十几年的时间内,做了1083次观测,共计数了11.76万颗恒星。1785年赫歇耳在《论星空的结构》一文中,宣布了自己研究的结果:全天的星星组成一个有点破口的铁饼状,他起名为银河系,这是天文学史上的第二个银河系模型。后来人们查出,图中的那个缺口恰是银河在天鹅座附近的“煤袋”,那个方向天空中充满了气体与尘埃,将在它后面的恒星的光给吸收掉了,所以人们看不到一颗星。

威廉·赫歇耳由于在恒星天文学上的开创性工作,被后人尊称为“恒星天文学之父”。

赫歇耳把太阳系作为银河系的中心,但实际上并不是这样的。美国天文学家沙普利利用当时世界上最大的望远镜(口径为2.5米,在威尔逊山天文台),观测了不少球状星团。由球状星团的分布,他得出银河系的中心在人马座方向,而太阳位于银河系的边缘附近。沙普利估计银河系的直径约为30万光年,太阳距离银河系中心约有6万光年。不过这个模型比现代测定的要大得多。

对于银河系的重大研究成果是荷兰天文学家奥尔特所完成的。1927年,他依据恒星的自行和视向速度确定了银河系自转的公式,来说明整个银河系在旋转着。太阳距离银河系中心约3万光年,太阳以每秒250千米的速度绕银河系中心做圆周运动,估计2.5亿年公转一周。他还算出银河系的质量是1.4×1011个太阳质量。

1930年,瑞士天文学家特朗普勒指出,星际空间并不是空无一物,而是充满了一种极稀薄的雾状物质,它能吸收远方的星光(称“星际吸光”或“星际消光”),使得它们显得比实际的距离要远些。球状星团经过星际消光改正后,距离就大为缩小,因此沙普利的银河系直径只有10万光年,同奥尔特推算的结果相符合。

对于银河系构造的进一步研究,主要依赖于射电天文方法。1951年美国哈佛天文台的珀塞尔、尤恩等首先观测到来自银河的波长21厘米的谱线信号。21厘米谱线是氢原子云发射的,而氢原子云是构成星际物质的主要成分。因此,通过中性氢21厘米谱线就能了解银河系的结构。奥尔特等人就是依据这种探测,证实了早先有人提出的银河系具有旋涡构造这一论证。

现在,人们通过光学、射电及空间观测手段,对于我们银河系的构造有了较深入的了解。

银河系的主要物质组成一个扁的铁饼形。中央鼓出,两边细长。银盘直径约为7万光年,太阳距银河系中心为2.3万光年。银盘平均厚度约5000光年,中心核球直径约1万光年。在核球正中还有一个银核,直径约30光年,在主要发光部分以外,还有稀薄分布的老年恒星与尘埃气体组成的“雾球”,称为银晕。银晕的直径约为10万光年。近年来,发现在银晕以外,还有极稀薄的气体组成的银冕。银冕的直径约有60万光年。

银河系具有旋涡结构,绝大部分的恒星与星际物质分布在3条旋臂上,称为人马臂、猎户臂与英仙臂。太阳位于猎户臂的内侧。此外,在银河系中心方向还发现了一条3000秒差距臂。旋臂间的距离约1600秒差距。在银河系中心直径为2万光年的范围内充满了激烈的氢气湍流。

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