天文奥秘

天津市南开区教师团队

目录

  • 1 我们的太阳系
    • 1.1 太阳系概述
    • 1.2 地月系——我们的家
    • 1.3 地球——蓝色天体
    • 1.4 昼夜和四季
    • 1.5 月球之谜
    • 1.6 太阳系的中心:恒星——太阳
    • 1.7 太阳之谜
    • 1.8 类地行星:水星
    • 1.9 类地行星:金星
    • 1.10 类地行星:火星
    • 1.11 巨行星:木星
    • 1.12 巨行星:土星
    • 1.13 远日行星:天王星
    • 1.14 远日行星:海王星
    • 1.15 矮行星:谷神星、冥王星、阋神星、鸟神星、妊神星
    • 1.16 小行星带和星际间物质
    • 1.17 彗星
  • 2 浩渺银河,浩瀚宇宙
    • 2.1 观测恒星
    • 2.2 最强大的恒星
    • 2.3 恒星的一生
    • 2.4 宇宙大爆炸
    • 2.5 黑暗物质和黑暗能量
    • 2.6 银河系
    • 2.7 北极星与北斗七星
    • 2.8 星座与星象
    • 2.9 河外星系
  • 3 不尽的探索
    • 3.1 前人对宇宙的观察
    • 3.2 何处是中心
    • 3.3 望远镜的发展
    • 3.4 外太空生存
    • 3.5 月球之谜
    • 3.6 霍金与他的宇宙
    • 3.7 寻找新家园
    • 3.8 中国古代对气象天文的观测
    • 3.9 中国宇宙航天的中国梦
    • 3.10 宇宙的未知谜题
银河系
  • 1 名师讲坛
  • 2 章节测试



银河是极其灿烂的天空景象,那一条明亮的光带高高悬挂,宛若是流淌在天空中的长河。在晴朗的夏秋之夜,只见它从北边的地平线向上涌起,在头顶上激荡澎湃,向着南方一泻千里。汇成了气势磅礴,震人心魄的浩荡巨流。其实它与地平线之下的另一半形成了环绕整个天空的一圈光带。不过,银河在夏秋季看到的一半显得比较明亮而宽广。但冬春季看到的另一半显得比较暗淡而狭窄。


壮丽的银河自古以来就引发了人们无穷的遐想,产生了许多优美的神话。

我国唐代大诗人李白曾吟咏过很多豪迈的诗句。如君不见,黄河之水天上来,奔流到海不复回。还有飞流直下三千尺,疑是银河落九天。若把这两句结合起来读,正应了我国自古流传至今的一个有关银河的传说。据说汉武帝派遣曾出使西域的张骞去探查黄河之源。张骞乘着木筏溯河而上,经过了不知几个昼夜,竟进入了一个混混沌沌的世界。不知不觉之间来到了天河边上,还拜会了织女。

      


在古希腊,人们把银河叫做乳汁之路。许多现代西方语言保留了这个叫法。如英语的Milk Way也是这个意思。这个名称来源于一则希腊神话:传说赫拉的乳汁吃过后可以长生不老。她的丈夫宙斯趁她熟睡之机把在人间生的孩子放在她的身边吸食乳汁,孩子吮吸时弄疼了赫拉,她发现不是自己的孩子,就把他用力推开,由于用力过大,乳汁溅到了空中,就成了银河。1758年,意大利画家丁托莱托曾以这个主题画了一幅传世之作《银河的起源》。

虽然从古代,人们就认识到了银河的存在。但是对银河系的真正认识还是近代开始的。

从伽利略率先透过望远镜望向天空,天文学家们开始逐渐揭开了银河系的神秘面纱。这条乳白色天河是从侧面看过去的样子。其实银河系是由大量恒星、星团、星云以及各种类型的星际气体和星际尘埃组成的。我们可以把银河系想象成一座恒星之城,太阳只是广阔无垠的星城中的一颗。

   天文学家通过借助哈勃空间望远镜观察数十亿个各不相同的其他星系后发现,主要有两种星系,第一种是椭圆星系,看起来像恒星组成的巨大球体。另外一种是“螺旋星系”因为构成他们的恒星从中心开始螺旋外散。银河系究竟是其中的哪种星系呢?正确定义它的关键就呈现在我们的夜空中了。可是,以地球为观察点的人们很难辨明银河系的具体结构,因为地球所在的太阳系就处于银河系之中。我们无法飞跃到银河系之上拍下整个银河系的图片,因此我们只能从地面摄图,这张图片有8亿像素,它就是由从地面拍摄的1000多张图片组合而成的。根据与观测到的其它星系对比,我们发现银河系属于螺旋星系。

但是观测银河系的可见光会被星际空间的层层尘埃所遮挡。要想清晰的观察银河系的结构,需要一种能穿透尘埃的光线——x射线。利用他们,天文学家在2005年进一步观测到银河系不是一个普通的螺旋星系,而是一个棒旋星系约有1000亿至4000亿颗恒星组成。天文学家把“光”行进一年的距离称为一光年,相当于100亿公里,以此来表达宇宙中的距离,可避免过大的数字。即使是用如此之大的距离单位来描述,银河系也是一个直径大约16万光年,中心厚度约为1.2万光年的庞大星系。


银河系中间的短棒是万有引力的自然结果,每个恒星之间的相互引力作用,形成了银河系的圆盘部分和凸起部分。这个巨大的盘面结构,叫做银盘,是银河系的主要组成部分,在银河系可探测到的物质中,有九成都在银盘范围内。包括年轻恒星、星际气体和尘埃云。而银盘内的这些物质则集中分布于旋臂之内。那什么是旋臂呢?

从图片中看到的这些美丽的螺旋结构的中间短棒末端,旋转而出的就是两个由数十亿恒星组成巨大旋臂。他们是盾牌-半人马臂和英仙臂,除此以外还有其他三个小旋臂。旋臂是银河系里新恒星诞生的摇篮。事实上,银河系每年都会有约十颗新恒星生成,新生的恒星就出现在旋臂上。我们的太阳只是众多恒星中的一个普通的成员,它坐落在较短的猎户臂上,位于英仙臂和人马臂之间。至银河中心的距离大约是2.6万光年。太阳绕银河系中心旋转一圈需要2.2亿年。而我们居住的地球则只是太阳系中的一颗行星。上次太阳转到当前位置时,地球还由恐龙统治着呢。

银河系的外围旋臂就像安静的郊区,给这些年轻的恒星足够的活动空间。然而一旦我们来到银盘的中心凸出部分,这里就像城市中心拥挤不堪。这个位于银盘中心隆起的近似于球形的部分叫做核球,在这个宽约为两万光年厚一万光年的核球区域内有大量100亿年以上的老年恒星,它们高度密集且移动速度极高,有的恒星的速度最高可达每秒一万公里。整个核球内的恒星以近似这样的速度绕着核球的中心一个很小的致密区运动。

许多年前,天文学家就发现了这个致密区里有一个很强的射电源并命名为“人马座A”随后又探测到了他的X射线辐射。可奇怪的是这个区域探测不到一点儿可见光。天文学家通过对它周围的恒星运动轨迹计算得出,这个神秘的天体大约需要400万个太阳的质量才能“拽住”这些围绕它高速旋转的恒星。那么如此之大的质量集中在多大的范围内呢?科学家借助巨型射电望远镜技术发现它的半径小于500光秒,相当于地球到太阳的距离。对于人类来说,这是一个很大的空间。但是对于要容纳400万个太阳的质量来说,这个空间实在太小太小了。之所以无法直接观测到银河系的中心也是因为这个致密区的引力极大,连光都无法逃脱它的引力。科学家们把这样的具有中心密度无限大,体积无限小,热量无限大特点的天体命名为黑洞。因此天文学家猜测黑洞这样的天体就是银河系的中心。

认识了银河系的主体银盘,我们再来看看银盘外面的一个范围更大,近似于球形的区域,叫做银晕。银晕直径约为九万八千光年,这里恒星的密度很低,分布着一些老年恒星组成的球状星团。天文学家猜测银晕是在原始银河系与较小的星系发生碰撞并将它们扯碎驱散的过程中,由许多不同成分的恒星聚集构建而成的。

银晕外面还有一个更加巨大的,充斥着高热游离气体成分的区域,我们称为银冕,之所以被叫做银冕,是因为银河系这个部分的灼热气体大致也呈球形。很像一顶帽子的形状,它包裹在银盘银晕结构的外部。

至此我们已经在银河系这座巨大的“城市”中观光了一圈,这些有关银河系的观点只是借助我们现有的知识背景和技术手段下探索到并加以推测得出的。随着科学知识的不断深入技术手段的快速革新,人类一定会更加深入的了解银河系,也许未来的你就将成为一名解开银河系更多奥秘的科学家。