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第五讲 银河系
银河系是宇宙中千千个星系中的一个星系。我们的太阳及太阳系里的其他行星都是银河系中的成员，太阳系位于其中一个旋臂（臂）上，太阳距银河中心约2.6万光年处。我们的银河系大约包含两千亿颗，其中恒星大约一千多亿颗，太阳就是其中典型的一颗。
银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，鼓起处为银心是恒星密集区，故望去白茫茫的一片，银河系最厚的部分约12000光年。银河系俯视像一个巨大的漩涡，这个漩涡有四个旋臂组成，4条螺旋状的旋臂从均匀对称地延伸出来。逆时针旋转，银河系中心和4条都是密集的地方。银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。银河系的总质量远远超出全部恒星总质量的部分可能是银河系中的的质量。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在诞生的大爆炸之后不久就诞生了，大概在135亿岁左右，宇宙诞生的“大爆炸”大约发生137亿年前。
银河系是一个相当大的螺旋状星系，它有三个主要组成部分：包含旋臂的银盘，中央突起的和部分。
银盘。银盘在旋涡星系中，由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘。银盘是银河系的物质密集组成的一个圆盘，银盘中心隆起的球状部分称核球，核球中心有一个很小的致密区，称银核。银盘是银河系的主要组成部分，在银河系中可探测到的物质中，有九成都在银盘范围以内。银盘外形如薄透镜，以轴对称形式分布于银心周围，其中心厚度约1万光年，不过这是微微凸起的核球的厚度，银盘本身的厚度只有2000光年，直径近10万光年，可见总体上说银盘非常薄。除了1000秒差距范围内的银核绕银心作刚体转动外，银盘的其他部分都绕银心作较差转动，即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式存在，占银河系总质量不到10％的星际物质，绝大部分也散布在银盘内。星际物质中，除含有电离氢、分子氢及多种星际分子外，还有10％的星际尘埃，这些直径在1左右的固态微粒是造成星际消光的主要原因，它们大都集中在银道面附近。
由于太阳位于银盘内，所以我们不容易认识银盘的起初面貌。为了探明银盘的结构，根据本世纪40年代和梅奥尔对旋涡星系M31（）旋臂的研究得出旋臂天体的主要类型，进而在银河系内普查这几类天体，发现了太阳附近的三段平行臂。由于星际消光作用，光学观测无法得出银盘的总体面貌。有证据表明，旋臂是星际气体集结的场所，因而对星际气体的探测就能显示出旋臂结构，而星际气体的21厘米射电谱线不受星际尘埃阻挡，几乎可达整个银河系。
银盘主要由星族Ⅰ天体组成，如G～K型主序星、巨星、 、、天琴RR变星、、半规则变星等。核球是银河系中心恒星密集的区域，近似于球形，直径约4千秒差距，结构复杂。核球主要由星族Ⅱ天体组成，也有少量星族Ⅰ天体。核球的中心部分是银核。它发出很强的射电、红外、X射线和γ射线。其性质尚不清楚，可能包含一个黑洞。
银心。星系的中心凸出部分，是一个很亮的球状，直径约为两万光年，厚一万光年，这个区域由高密度的恒星组成，主要是年龄大约在一百亿年以上老年的红色恒星，很多证据表明，在中心区域存在着一个巨大的黑洞，星系核的活动十分剧烈。银河系的中心﹐即银河系的自转轴与银道面的交点。
银心在方向，1950年历元坐标为﹕赤经174229﹐赤纬-28°5918。银心除作为一个几何点外﹐它的另一含义是指银河系的中心区域。太阳距银心约10千秒差距，位于银道面以北约8秒差距。银心与太阳系之间充斥著大量的星际尘埃﹐所以在北半球用难以在可见光波段看到银心。射电天文和红外观测技术兴起以后，人们才能透过星际尘埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探测到银心的信息。的观测揭示﹐在距银心4千秒差距处o有氢流膨胀臂﹐即所谓“三千秒差距臂”。大约有1﹐000万个太阳质量的中性氢﹐以每秒53公里的速度涌向太阳系方向。在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以每秒135公里的速度离银心而去。它们应是1﹐000万至1﹐500万年前﹐以不对称方式从银心抛射出来的。在距银心 300秒差距的天区内﹐有一个绕银心快速旋转的氢气盘﹐以每秒70～140公里的速度向外膨胀。盘内有平均直径为 30秒差距的氢分子云。在距银心70秒差距处﹐则有激烈扰动的电离氢区﹐也以高速向外扩张。现已得知﹐不仅大量气体从银心外涌﹐而且银心处还有一强﹐即﹐它发出强烈的同步加速辐射。甚长基线干涉仪的探测表明﹐银心射电源的中心区很小﹐甚至小于10个﹐即不大于木星绕太阳的轨道。12.8微米的红外观测资料指出﹐直径为1秒差距的银核所拥有的质量﹐相当于几百万个太阳质量﹐其中约有100万个太阳质量是以恒星形式出现的。腥巳衔o银心区有一个大质量致密核﹐或许是一个黑洞。流入致密核心吸积盘的相对论性电子﹐在强中加速﹐于是产生同步加速辐射。银心气体的运动状态﹑银心强射电源以及有强烈核心活动的(如塞佛特星系)的存在﹐使我们认为﹕在星系包括银河系的演化史上﹐曾有过核心激扰活动﹐这种活动至今尚未停息。
银晕。银盘外面范围更大、近于球状分布的系统，称为银晕，其中的物质密度比银盘低得多。银晕主要由晕星族天体，如亚矮星、贫金属星、球状星团等组成，没有年轻的O、B型星，有少量气体。银晕中物质密度远低于银盘。银晕长轴直径约30千秒差距，年龄约1010年，质量还不十分清楚。
银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内，银晕直径约为九万八千光年,这里恒星的密度很低，分布着一些由老年恒星组成的球状星团。
有人认为，银晕外面还有物质密度更低的部分，称银冕，也大致呈球形。银冕至少延伸到距银心一百千秒差距或三十二万光年远。
银河系是所在的，包括一千二百亿颗恒星和大量的、，还有各种类型的和。银河系是一个，具有旋涡结构，即有一个银心和两个主旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋转速度和周期，因距银心的远近而不同。银河系物质约90％集中在恒星内。恒星的种类繁多。按照恒星的物理性质、化学组成、空间分布和运动特征，恒星可以分为5个星族。最年轻的极端恒星主要分布在银盘里的旋臂上；最年老的极端恒星则主要分布在银晕里。恒星常聚集成团。除了大量的双星外，银河系里已发现了1000多个星团。银河系里还有气体和尘埃，其含量约占银河系总质量的10％，气体和尘埃的分布不均匀，有的聚集为星云，有的则散布在星际空间。20世纪60年代以来，发现了大量的，如CO、H2O等 。是恒星形成的主要场所。银河系核心部分，即银心或银核，是一个很特别的地方。它发出很强的射电、红外，X射线和γ射线辐射。其性质尚不清楚，那里有一个巨型，据估计其质量可能达到太阳质量的250万倍。
银河系的4条旋臂，分别是人马臂，猎户臂，英仙臂，天鹅臂。太阳位于猎户臂内侧。旋臂主要由星际物质构成。银河系也有。银河系有两个系：和。与银河系相对的称之为。
今天，我们的天文学家描绘出了银河系最真实的地图，最新地图显示，银河系螺旋手臂与之前所观测的结果大相径庭，原先银河系的四个主螺旋手臂，现只剩下两个主螺旋手臂，另外两个手臂处于未成形状态。这个描绘银河系进化结构的研究报告发表在本周美国密苏里州圣路易斯召开的第212届美国天文学协会会议上。据悉，这个银河系最新地图主要基于“斯皮策”空间望远镜红外线摄像仪所收集的观测数据。目前，“斯皮策”空间望远镜所呈现的高清晰图像使天文学家能够观测大质量恒星是如何进化、是如何成形的。
银河中大部分的是暗物质，形成的暗银晕估计有6,000亿至3兆个太阳质量，以为中心被聚集著。
银河系的邻居。银河系的邻居有一个群。银河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系，这个群总共约有50个星系，而本地群又是的一份子。银河被一些本星系群中的矮星系环绕着，其中最大的是直径达21,000光年的大云，最小的是船底座矮星系、天龙座矮星系和狮子II矮星系，直径都只有500光年。其他环绕着银河系的还有小麦哲伦云，最靠近的是矮星系，然后是人马座矮椭圆星系、矮星系、矮星系、座矮星系、矮星系和狮子I矮星系。
银河的盘面倾斜的原因，就是由环绕银河的大小麦哲伦云的扰动所造成的涟漪。是在她们穿过银河系的边缘时，导致了某些频率的震动所造成的。这两个星系的质量大约是银河的2%，虽不足以影响到银河的运动，但由于暗物质的作用，这两个星系的运动就足以对较大的银河造成影响。根据科学家的推测，暗物质的分布从银河的盘面一直分布到已知的所有层面中，结果当麦哲伦星系通过银河时，重力的冲击会被放大。
人类认识银河系是一个漫长的探索过程。人类认识银河系是从神话开始的。世界各地有许多创造天地的神话就是围绕著银河系发展出来。依据希腊神话，银河是赫拉在发现宙斯以欺骗的手法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯因而溅洒在天空中的奶汁。另一种说法则是赫耳墨斯偷偷的将赫尔克里斯带去奥林匹斯山，趁著赫拉沉睡时偷吸他的奶汁，而有一些奶汁被射入天空，于是形成了银河。在芬兰中，银河被称为鸟的小径，因为它们注意到候鸟在向南方迁徙时，是靠著银河来指引的，它们也认为银河才是鸟真正的居所。现在，科学家已经证实了这项观测是正确的，候鸟确实在依靠银河来引导，在冬天才能到温暖的南方陆地居住。即使在今天，语中的银河依然使用Linnunrata这个字。在瑞典，银河系被认为是冬天之路，因为在斯堪的纳维亚地区，冬天的银河是一年中最容易被看见的。古代的神话称银河系为麦秆贼之路，叙述有一位神祇在偷窃麦秆之后，企图用一辆木制的运货车逃离天堂，但在路途中掉落了一些麦秆。
人类真正认识银河系还是从近代开始。1750年，英国天文学家赖特认为银河系是扁平的。1755年，德国哲学家康德提出了恒星和银河之间可能会组成一个巨大的；随后的数学家郎伯特也提出了类似的假设。到1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体，并认为太阳系位于银河的中心。1918年，天文学家沙普利经过4年的观测，提出太阳系应该位于银河系的边缘。1926年，天文学家分析出银河系也在自转。十八世纪中叶人们已意识到，除行星、 等太阳系天体外，满天星斗都是远方的“太阳”。今天，科技术的发展已可以比较准确地描绘出银河系的形状和星系分布了。
但是，对于银河系的起源目前还了解得很不够。银河系演化的研究近年来有一些成就。研究资料表明，在原银河星云的坍缩过程中，最早诞生的是晕星族,它们的年龄是100多亿年，化学成分是氢约占73％，氦约占27％。而大部分气体物质集聚为银盘，并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代 发展起来的密度波理论，很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。
有超巨黑洞位于银河星系中心。最近，银河系的中心存在一个巨型的假设已被证实，巨型黑洞质量为太阳的370万倍。同时又发现在紧邻银河系中心的区域发现了数十颗庞大而且非常明亮的。这一发现让专家们感到万分惊奇：因为既然在银河系的中央存在着一个巨型黑洞，怎么可能在黑洞附近又存在别的天体呢？通常情况下，身处黑洞附近的天体均会逐渐地被黑洞所吞噬，并最终消失的无影无踪。
据推测每个星系中心都有一个巨型黑洞，质量一般约为星系总质量的0.5%。
银河的未来如何变化。目前的观测认为仙女座星系(M31)正以每秒300公里的速度朝向银河系运动，在30-40亿年后可能会撞上银河系。但即始真的的发生碰撞，太阳以及其他的恒星也不会互相碰撞，但是这两个星系可能会花上数十亿年的时间合并成椭圆星系。天文学家发现银河系比之前想象的要大，运转的速度也更快。 据科学家们估算，因为银河系中有1200亿颗如同太阳的恒星，这样的恒星组成的星系类似于我们太阳系的至少有150-160个。也就是说，在这150-160个太阳系中的某个行星上，完全有可能存在着同我们人类一样的文明，且可能是超智慧文明。 |
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