星系和宇宙

□ 聞 新 朱詩嘉

從古到今，人們一直對太空中的星星充滿著好奇，并渴望了解和認(rèn)識它。此外，今天的社會要求人們打開狹窄的眼界，從各種不同的途徑汲取知識和豐富自己；縱觀人類歷史的發(fā)展，認(rèn)識星系和宇宙，除了能夠豐富知識之外，它還能夠影響到一個(gè)人的思維方式，甚至人生觀，所以了解星系和宇宙是非常必要的。鑒于很多人渴望了解這方面知識，但又沒有時(shí)間和精力去閱讀那些厚厚的天文書籍，本文以連載的方式、采用提問的形式和圖文并茂的模式，圍繞著“星系和宇宙”這個(gè)主題，介紹關(guān)于太陽系、銀河系、河外星系以及宇宙探測技術(shù)等問題，讓讀者和宇宙對話。

從銀河系看太陽系

銀河系是由什么構(gòu)成？

在空間中的大部分物質(zhì)都有一個(gè)共同特征，就是他們是可以觀察到的，這種特征被稱為可視性，所以物質(zhì)的可視性實(shí)質(zhì)上就是它們能夠放出或反射光線。天文學(xué)家和其他科學(xué)家通過觀測天空的星光對銀河系有一些了解。

銀河系是由大量的恒星、行星和小星體、星云和塵埃等組成，如同1所示。按照一些物理理論，銀河系還有相當(dāng)多的暗物質(zhì)。暗物質(zhì)是看不見的，這是因?yàn)樗荒芊懦龌蚍瓷涔饩€，但是科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它有質(zhì)量，所以科學(xué)家可以借助于它們對其它物質(zhì)所產(chǎn)生的引力來檢測到它們的存在。最近美國NASA利用“奮斗號”航天飛機(jī)運(yùn)送“阿爾法磁譜儀”（見圖2所示）到國際空間站，尋找暗物質(zhì)，進(jìn)而探索宇宙起源問題。

圖1 天文學(xué)家們想象的銀河系

圖2 搭載“奮進(jìn)號”航天飛機(jī)升空的阿爾法磁譜儀

銀河系的名字從何而來？

銀河系包含1000多億個(gè)類似太陽系的星球、巨大的塵埃云和氣體云。伽利略是第一個(gè)使用望遠(yuǎn)鏡觀測銀河系的科學(xué)家 ，他發(fā)現(xiàn)“銀河系”是由無數(shù)顆明亮的恒星組成的。而在他之前，中國古人用肉眼看銀河系，發(fā)現(xiàn)銀河系仿佛是一條白帶，如圖3所示，這個(gè)白帶“漂流”在太空中，所以中國人一直稱它為銀河系，而英國和美國人看它像撒在地上的牛奶，所以它們稱它為The Milky Way Galaxy。

圖3 望遠(yuǎn)鏡觀察到的銀河系

銀河系的形狀？

銀河系的形狀是螺旋式的。它像餐桌上的一個(gè)盤子，中心凸出，胳臂處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，如圖4所示。如果你站在它上面看下去，它好像是一個(gè)輪狀火焰。一些年老的星球位于中心，而年輕的星球位于旋轉(zhuǎn)的胳臂上。

圖4 銀河系的形狀

圖5 利用紅外天文設(shè)備，從側(cè)面觀察到的銀河系

銀河系有多大？

銀河系是非常巨大的，前面已經(jīng)介紹過，它側(cè)看像一個(gè)中心略鼓的大圓盤（見圖5），整個(gè)圓盤的直徑約為10萬光年，兩端的厚度大約是2000多光年，中心的厚度約為6000多光年。“光年”是光在1年時(shí)間內(nèi)行走的路程，1光年等于94605億公里。

銀河系是由2000多億顆星組成的。雖然銀河系是很大的，但銀河系僅僅是星系的一個(gè)部分，星系的質(zhì)量至少是銀河系的100倍。

太陽系位于銀河系哪里？

很久以前，人們認(rèn)為地球是宇宙的中心，太陽圍繞地球轉(zhuǎn)，銀河系也圍繞地球轉(zhuǎn)。今天，人們知道地球不是太陽系的中心，更不是銀河系的中心。

實(shí)際上，太陽系位于距銀河中心大約25000光年處（見圖6所示）。俯視看銀河系，它像一個(gè)巨大的漩渦，這個(gè)漩渦有四個(gè)旋臂組成，太陽系位于其中一個(gè)旋臂（獵戶座臂），逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，太陽系繞銀心旋轉(zhuǎn)一周約需要2.5億年。圖6的鼓起處為銀心是恒星密集區(qū)，故望去白茫茫的一片。

太陽系是怎樣形成的？

50億年前，太陽系是一片非常巨大的漂浮在銀河系中的塵云。一些科學(xué)家認(rèn)為這些巨大的云塵，在中心引力作用下開始潰縮；另一些科學(xué)家認(rèn)為銀河系中存在一個(gè)超新星，它觸發(fā)這些巨大的塵云潰縮。由于塵云的潰縮和銀河系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，太陽系形成一個(gè)大的圓盤型的物質(zhì)。

隨著這個(gè)大圓盤的繼續(xù)潰縮，造成中心處的氣體排放，體積越縮越小、密度越來越大、內(nèi)部壓力越來越大、溫度越來越高。當(dāng)中心區(qū)域溫度升高而趨近于攝氏一千萬度左右時(shí)，便引起氫融合反應(yīng)，也就是氫彈爆炸反應(yīng)，放出射線，此時(shí)，太陽便誕生了。

類似的，在這個(gè)大盤內(nèi)的巖石塊漸漸匯集，形成了巨大的內(nèi)行星，也就是水星、金星、地球和火星。氣體、塵埃和遠(yuǎn)離太陽的冰塊繼續(xù)聚集，形成了木星、土星、天王星和海王星。小行星和彗星是太陽系形成初期殘留下來的物質(zhì)，也稱殘留物質(zhì)。圖7所示為超新星的觸發(fā)情景到太陽系的形成。

下期預(yù)告：

下期的題名為“從星系群看銀河系”。主要圍繞銀河系的形成、銀河系的運(yùn)行軌道、銀河系周圍的鄰居以及銀河系歸屬哪個(gè)星系群等問題進(jìn)行介紹與討論。引導(dǎo)讀者認(rèn)識星系群，進(jìn)而站在星系群高度，了解和觀察我們的銀河系。

圖6 太陽系在銀河系中的位置

圖7 左圖是超新星的觸發(fā)情景，右圖是太陽系的形成