宇宙中的旋渦王國銀河係
銀河係,地球和太陽所在的恒星係統。它是一個普通的星係,因其投影在天球上的乳白亮帶——銀河而得名。
銀河係擁有2000億顆以上的恒星,總質量大約是太陽質量的1400億倍,其中恒星占90%,氣體和塵埃組成的星際物質約10%。這些恒星和星際物質大部分密集成一個鐵餅狀的盤子,叫做銀盤。
盤的直徑約為8.2萬光年,中心厚度約為5000~6000光年,邊緣厚度2000~3000光年。這個扁盤狀恒星係統稱為銀盤。銀盤上分布著呈旋渦結構的恒星、星團和星雲。
銀盤中心部分呈現橢球狀,叫做核球,樣子像隻哈密瓜,是恒星很密集的區域,估計這隻“哈密瓜”長1.7萬光年,厚1.3萬光年,但卻集中了銀河總質量的1/20。中央區叫做銀核,直徑約1萬多光年,是恒星最致密的地方,密集程度比太陽附近要大上千萬倍!
銀盤外麵“裹著”一團鬆鬆的“棉絮”,是一個呈球狀分布、直徑約10萬光年的恒星稀疏區域,叫做銀暈,物質密度比銀盤低得多。據天文學家論證,銀暈是南老年恒星和塵埃氣體構成的。
20世紀70年代,天文學家又在銀暈的外麵發現了異常稀薄的銀冕,它至少要延伸到距銀河係中心約30萬光年處。
銀盤被籠罩在銀暈中。太陽處在距銀心約3萬光年的銀盤中,以每秒250公裏的速度繞著銀心轉動,轉一周需2.5億年(近年更正為2.4億年),即我們所說的“宇宙年”或“銀河年”。銀河係在本星係群中為除仙女星係外的最大星係,擁有約兩千億顆恒星。
在古希臘神話中,銀河叫做“奶汁路”。傳說是最負盛名的英雄海格利斯小時候在天後赫拉懷中吃奶時,奶水不經意灑出而變的。古埃及人認為銀河是天神鋪撒了一路的麥粒。印第安人認為,銀河是一條好人靈魂通往天堂的漫漫長路,裏麵較亮的星星是眾多靈魂在旅途中安息而燃起的篝火。愛斯基摩人認定銀河是一條通往天堂的白茫茫雪路。大洋洲的波利尼西亞人則把它想象成是天上吞食烏雲的白斑大鯊魚。在非洲的博茨瓦納,遊牧部落認為入夜宇宙變成了一頭巨獸,銀河則是它的一根脊椎骨,支撐著星空不墜。古代中國人則認為,銀河是一條在天上流淌的大河,又叫“天河”或“河漢”。
銀河果真是天上的一條大河或大路嗎?人們曾爭論了多少歲月,直到1610年初,伽利略第一次把自製望遠鏡對準銀河,才撩開了籠罩在銀河上的神秘麵紗,原來銀河係隻不過是一群聚集在一起的無數星星。
第一個提出銀河係模型的,是英國天文學家賴特(1711一1786)。賴特第一個天才地猜測到:包括太陽在內的所有恒星,都在軌道上圍繞某個中心運行,從而構成一個扁平而旋轉著的星係。
1750年,他猜測銀河和天上見到的所有恒星構成一個巨大的、扁平的、旋轉著的宇宙係統,像個碩大無比的大石磨,他稱之為“銀河係”。
大約在130億年前,那時還沒有銀河係和任何河外星係,宇宙中到處是由氫和氦組成的熾熱氣體,其中氫約占3,4,氦約占1,4。隨著這些氣體的冷卻,在萬有引力作用下,它們的分布變得不均勻起來,開始變成一大塊一大塊的雲團,每個雲團直徑可達100萬光年以上(一光年是光在真空中一年經過的路程,約等於10億千米)。這些雲團稱為原始星係雲,我們的銀河係就是由它形成的。
銀河係的形成不是一代恒星所能形成的。銀河係中第一代生成的恒星,幾乎沒有比氦更重的元素。這些恒星的質量大多比現在我們看到的恒星大很多,而壽命則短得多,許多不到一億年。它們中的核反應進行得非常快,到最後將產生爆炸。爆炸時拋出的氣體中,已經含有較多的重元素。這些氣體與原來留下來還沒有形成恒星的氣體混合,形成第二代恒星。很明顯,第二代恒星中應該含有較多的重元素。如此又有更多代的恒星形成,後一代的恒星與前一代相比,重元素含量進一步增加。我們的太陽至少已經是第三或第四代恒星了。
這樣,在銀河係周圍,就有一些很小的星係,被銀河係吸引進來,進而被銀河係的引力撕碎。其中的恒星和星團就成了銀河係的成員。這些小星係中最大的兩個是位於南極附近星空中的大麥哲倫雲和小麥哲倫雲(麥哲倫是16世紀葡萄牙航海家,他在作環球航行經過南半球時,對這兩個伴星係第一次作了科學觀測,並做了紀錄,所以就用他的名字命名)。它們都是形狀不規則的星係,離開銀河係隻有20萬光年上下。現在,天文學家觀察到,這兩個星係都受到了銀河係的破壞,有許多氣體雲正在從這兩個星係快速流向銀河係。
很可能,原始星係雲在形成銀河係之前,已經分裂成許多較小的碎塊。在這些碎塊中,獨立地形成了很多恒星,而且可能不止一代,成為伴隨銀河係的小星係。隨著原始星係雲整體的坍縮,這些小星係先後合並起來,形成了銀暈,而中間則繼續坍縮成為核球。有少數小星係,當時未被合並掉,在銀河係形成以後才陸續被銀河係吞並。這一過程,一直到現在還在持續。
太陽位於銀盤中,是銀河係形成八九十億年以後才誕生的。
銀河係是一個旋渦星係,它有三條旋臂:獵戶座旋臂、英仙座旋臂、人馬座旋臂。這些旋臂主要是南年輕的亮星、亮星雲構成的。1982年,天文學家在銀河中心附近又發現了三千秒差距旋臂。
太陽位於獵戶座旋臂的內側。
至此,關於銀河係的形成和真實形狀似乎已經有了一個大概的說法。但是是否就已經弄清了呢?誰也不敢把話說死。
人類認識宇宙,是一個逐步深入和發展的過程。在這個過程中,人類的認識隻能越來越接近宇宙的真實麵貌。人類對太陽係的認識是這樣,對銀河係的認識也是這樣。要想徹底看清銀河係,恐怕隻有到銀河係外麵,才能真正看清銀河係的全貌。然而,飛出銀河係的最低速度(第四宇宙速度)大約是110~220公裏/秒,誰也不知道人類什麽時候能達到這樣的速度。因此,人們隻能以間接的辦法推斷它的形成過程、它的形狀,通過不斷的猜測、觀察,再猜測、再觀察逐步逼近更符合它本來麵貌的認識。
銀河係究竟是怎樣形成的?
銀河係到底什麽形狀?
還是人類尚待解開的謎。