奇異的銀河系

蔡紹軍

每年的六月夏天或者九月秋天，在沒有月光的晴朗夜晚，當(dāng)我們抬頭仰望星空的時候，除了滿天星星之外，總會看見一條紗巾似的銀白色亮帶，好像是天上的一條河流，河中繁星點點，波光粼粼.這條“長河”就是銀河.一看到銀河，同學(xué)們的腦海中立刻會想到一個流傳千古的美麗民間傳說——鵲橋相會：織女是一個天上的仙女，一次下凡到人間認(rèn)識了牛郎，牛郎織女兩人彼此相愛，結(jié)為夫妻，不料織女的母親王母娘娘強行把織女帶回天宮，讓兩人隔著銀河相望，卻不得相聚，后來每逢七月七日，人間的喜鵲就要飛上天去，在銀河為牛郎織女搭鵲橋相會.

在遠(yuǎn)古時候，人們認(rèn)為銀河是一條通往天上的道路或河流.在埃及，人們稱銀河為“天堂中的尼羅河”.在希臘神話中，銀河是赫拉女神給大力神哺乳時，不小心濺出的乳汁形成的，因此在英語中銀河叫做“Milky way”，意為乳汁形成的路.

在我國的古代，人們根據(jù)它的顏色，把它叫“銀河”，在我國古代詩文中，銀河還有許多富有詩意的別名，如李白的“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”；劉禹錫的“曾隨織女渡天河，記得云間第一歌”；陸游的“迢迢天漢西南落，喔喔鄰雞一再鳴”；白居易的“燈火萬家城四畔，星河一道水中央”；蘇軾的“暮云收盡溢清寒，銀漢無聲轉(zhuǎn)玉盤”.詩中的天河、天漢、星河、銀漢，都是指人們常說的銀河.

在古代，由于科學(xué)技術(shù)不發(fā)達(dá)和人們認(rèn)識的局限性，古人將銀河視為不可思議的天文奇觀，并對它做出了各種各樣的解釋和想象.那么，銀河到底是一條什么樣的河呢？為什么銀河會出現(xiàn)在夜空中？銀河又是由什么構(gòu)成的呢？一起去銀河一探究竟吧！那么真實的銀河到底是什么呢？

最早發(fā)現(xiàn)銀河本質(zhì)的人，是17世紀(jì)的天文學(xué)家伽利略，他用自己研制的望遠(yuǎn)鏡對銀河進行觀測……他發(fā)現(xiàn)銀河并不是天上的河，而是一個由許許多多顆恒星和星云組成的恒星系統(tǒng)，因為它離我們太遙遠(yuǎn)而無法用肉眼把它們辨認(rèn)出來，又由于星光與星際塵埃氣體混合在一起，所以看起來就像表面蒙著一條紗巾的河流.18世紀(jì)，天王星的發(fā)現(xiàn)者——著名天文學(xué)家威廉·赫歇爾，通過對天空中的恒星進行計數(shù)分析……發(fā)現(xiàn)像這樣的銀河在宇宙中還有許多，所以他在“銀河”后面加個“系”，最終得出了“銀河系”這一天文概念.盡管赫歇爾確定的銀河系和我們現(xiàn)在所說的銀河系有很大的區(qū)別，但這已經(jīng)為以后的天文學(xué)家對銀河系的研究跨出了非常堅實的第一步.

自銀河系被赫歇爾發(fā)現(xiàn)之后，人們一直沒有停止對銀河系的探索，至今已把銀河系的空間范圍擴大了約10倍.不過在赫歇爾之后的一個多世紀(jì)的時間里，人們對銀河系結(jié)構(gòu)輪廓的研究并沒有取得太大的發(fā)展，直至到了20世紀(jì)初，經(jīng)過荷蘭天文學(xué)家卡普坦（1851-1922）、薛普利和美國著名天文學(xué)家哈勃（1889-1953，為紀(jì)念哈勃的貢獻，月球上的哈勃環(huán)形山以及哈勃太空望遠(yuǎn)鏡均以他的名字來命名）和沙普利（1885-1972）以及瑞典天文學(xué)家林得·布拉德等許許多多天文學(xué)家經(jīng)過長期對銀河系的觀測、分析和推理，最終得到了我們現(xiàn)在對銀河系的認(rèn)識.

銀河系的結(jié)構(gòu)

銀河系是太陽系所在的恒星系統(tǒng)，包括兩千億顆恒星和大量的星團、星云，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃.它的總質(zhì)量是太陽質(zhì)量的一千四百億倍.銀河系中恒星的質(zhì)量約為90%，氣體和塵埃組成的星際物質(zhì)的質(zhì)量約占10%.

在銀河系里大多數(shù)的恒星集中在一個扁球狀的空間范圍內(nèi)，扁球的形狀好像是鐵餅，從側(cè)面看銀河系像一個中心略鼓的大圓盤，整個圓盤的直徑約為十萬光年（1光年就是光在一年內(nèi)通過的距離，它大約等于9.5萬億千米）.扁球體中間突出的部分叫“核球”，半徑約為七千光年.核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”.銀河系里大多數(shù)的恒星都集中在這個銀盤里，我們所處的太陽系也不例外.在銀盤外面有一個更大的球形，那里星少，密度小，稱為“銀暈”，直徑為七萬光年.銀暈外面還有銀冕，它的物質(zhì)分布大致也呈球形.

銀河系的形狀

從側(cè)面看銀河系像一個中心略鼓的大圓盤（這和我們體育課上用的鐵餅相似），整個圓盤的直徑約為10萬光年，圓盤中間突出的核球，厚度約為1萬光年，而這個大圓盤本身的厚度只有2000光年（圓盤厚度、核球厚度和圓盤的直徑三者之比為1∶5∶50，所以從側(cè)面看，銀河系的形狀也像我們在物理課上做實驗用的薄凸透鏡）.

我們通過哪吒鬧海的神話故事知道，神通廣大的哪吒有三頭六臂.如果我們跳出銀河系，站在其他星系上俯視銀河系，它像一個巨大的漩渦，這個漩渦有四個圍繞銀河系中心（簡稱銀心）旋轉(zhuǎn)的臂，分別是人馬臂、獵戶臂、英仙臂和天鵝臂.旋臂主要是由星際物質(zhì)構(gòu)成的.太陽在獵戶臂內(nèi)側(cè)，作逆時針旋轉(zhuǎn).太陽繞銀心旋轉(zhuǎn)一周需要2.5億年.

銀河系的運動

二十世紀(jì)的二三十年代，天文學(xué)家在詳細(xì)研究了恒星的運動基礎(chǔ)上分析得出銀河系一方面繞自己的中心軸，以2.5億年一周的速度自轉(zhuǎn)，同時又以214km/s的速度在宇宙中不停地運動著.銀河系具有自轉(zhuǎn)運動，但不像我們地球這樣整體轉(zhuǎn)動.銀河系自轉(zhuǎn)的速度，起先隨離開銀河系中心的距離增大而增大，但達(dá)到幾十萬光年后就停止增加，直到銀暈中很遠(yuǎn)處都大致保持不變.也就是說，銀河系一邊旋轉(zhuǎn)一邊飛馳，像一個巨大的飛盤，沿著一條復(fù)雜而奇妙的路線在太空運轉(zhuǎn)著.

銀河系的年齡

銀河系在宇宙誕生的大爆炸之后不久就誕生了，而科學(xué)界認(rèn)為宇宙誕生的大爆炸大約發(fā)生在200億年前.天文學(xué)家利用先進的科學(xué)儀器對銀河系年齡進行研究，通過對相關(guān)現(xiàn)象的分析推理，推算出銀河系的年齡不會低于136億歲±8億歲.

太陽系的位置

著名的美國天文學(xué)家沙普利用4年時間的觀測和研究，在1918年提出：太陽系不在銀河系中心，而是距銀心約2.3萬光年，以250km/s的速度繞銀心運轉(zhuǎn).由于太陽系不在銀河的中心位置，所以我們在地球上看上去，銀河是斜躺在天空的.隨著地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，銀河就隨著季節(jié)的變化改變著它在天空中的位置：夏天的傍晚朝向南北方向，到了冬天的夜晚又橫過來，變成接近東西方向了.

銀河系的黑洞

銀河系的大多數(shù)恒星都集中在銀盤里，銀盤中間突出的部分叫“核球”，這個核球的中部是銀河系的核心，叫銀心，由于大量的星際塵埃充斥于銀心與太陽系之間，所以過去人們用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡難以看到銀心.射電天文和紅外線觀測技術(shù)興起以后，人們揭開了它神秘的面紗：銀心是一個很特別的地方，有一個大質(zhì)量、密度非常大的核，它發(fā)出很強的射電、紅外、x射線和γ射線輻射.天文學(xué)家猜測銀心區(qū)可能有一個巨型黑洞，其質(zhì)量可能達(dá)到太陽質(zhì)量的250萬倍.

黑洞是一種引力極強的天體，就連光也不能逃脫.當(dāng)恒星的半徑小到一定程度，就連垂直表面發(fā)射的光都無法逃逸了.這時恒星就變成了黑洞.說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出.由于黑洞中的光無法逃逸，所以我們無法直接觀測到黑洞.然而，可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在.2011年8月，天文學(xué)家首次抓拍到黑洞吞噬恒星的過程，這被認(rèn)為是目前宇宙最神秘、最震撼的情景.照片中的黑洞仿佛魔鬼一般，一顆接近它的恒星瞬間被撕碎變成發(fā)光等離子體后消失無形.據(jù)報道，照片中的黑洞距地球40億光年.

宋代詞人秦少游作了一首《鵲橋仙》：“纖云弄巧，飛星傳恨，銀漢迢迢暗渡.金風(fēng)玉露一相逢，便勝卻人間無數(shù).柔情似水，佳期如夢，忍顧鵲橋歸路！兩情若是久長時，又豈在朝朝暮暮.”

美好的詩句不僅讓人遐想，關(guān)于牛郎織女的傳說也是七夕情人節(jié)最動人的地方，但從科學(xué)角度上來看，隔河相望的牛郎星、織女星真的能夠相會嗎？牛郎星、織女星和太陽一樣，都是銀河系兩千億顆恒星中的一個，它們相距有16光年，如果他們真的要在銀河的“河中央”見面的話，即使都以光速奔向?qū)Ψ剑脖仨氃?年前就啟程.