我们的银河系

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GN硅基生物
2017.08.16 22:13* 字数 7459

银河系

银河系(Milky Way Galaxy,别名“银汉”“天河、银河、星河、天汉、等)”),是太阳系所在的棒旋星系,包括1000~4000亿颗恒星和大量的星团星云以及各种类型的星际气体星际尘埃,从地球看银河系呈环绕天空的银白色的环带。总质量约为太阳的2100亿倍[1],隶属于本星系群,最近的河外星系是距离银河系254万光年的仙女星系

银河系呈扁球体,具有巨大的盘面结构,由明亮密集的核心、两条主要的旋臂和两条未形成的旋臂组成,旋臂相距4500光年。太阳位于银河一个支臂猎户臂上,至银河中心的距离大约是2.6万光年。

银河系的中央是超大质量的黑洞人马座A),自内向外分别由银心银核银盘银晕银冕组成。银河系中央区域多数为老年恒星(以白矮星为主[2]),外围区域多数为新生和年轻的恒星。周围几十万光年的区域分布着十几个卫星星系,其中较大的有大麦哲伦星云小麦哲伦星云。银河系通过缓慢的吞噬周边的矮星系使自身不断壮大。2015年3月,科学家发现银河系体积比之前认为的要大50%。

中文名

银河系

外文名

Milky Way Galaxy

形    状

椭圆盘形

类    型

棒旋星系

定    义

地球和太阳所在的星系

应用学科

天文学,天体物理学

直    径

10~12万光年[1]

质    量

4.1771×10^41kg

中心厚度

1.2万光年

跨    度

16万光年[3]

应用学科

天文学;恒星和银河系

目录

1天体概述

2天体结构

3结构研究

发现进程

银盘

银心

银晕

银冕

太阳系

银河系波浪

4星系年龄

推测方法

推测结论

5星系全景

主要星座

全天88星座

星系全图

6伴邻星系

伴星系

麦哲伦星云

7起源演化

宇宙起源

质量减小

8重要事件

观测伴星

奇特聚星

生命诞生

宇宙膨胀

真实地图

观测特点

9研究历史

10研究年表

11背景知识

穿过空间

第四宇宙速度

未来情况

12常用数据

13银河全景图

14银河系质量

天体概述

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深圳夜空呈现清晰银河系景象

银河系是太阳系所在的恒星系统,包括1500~4000亿颗恒星和大量的星团星云,还有各种类型的星际气体星际尘埃,黑洞,它的可见总质量是太阳质量的2100亿倍。[3]

在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内,扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“核球”,半径约为7000光年。核球的中部叫“银核”,四周叫“银盘”。在银盘外面有一个更大的球状区域,那里恒星少,密度小,被称为“银晕”,直径为7万光年。

过去银河系被认为与仙女座星系一样是一个旋涡星系,但最新的研究表明银河系应该是一个棒旋星系

银河系的90%的物质为恒星。恒星的种类繁多,按照物理性质、化学组成、空间分布和运动特征,恒星可以分为五个星族。最年轻的极端星族Ⅰ恒星主要分布在银盘里的旋臂上;最年老的极端星族Ⅱ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,银河系里已发现了一千多个星团。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

银河系(10张)有的则散布在星际空间。[4]

20世纪60年代以来,发现了大量的星际分子,如一氧化碳、水等。

分子云是恒星形成的主要场所。银河系核心部分,即银心银核,是一个很特别的地方。它发出很强的射电辐射红外辐射X射线辐射和γ射线辐射,性质尚不清楚,那里可能有一个巨型黑洞,据估计其质量可能达到太阳质量的250万倍。

人马座A

1971年英国天文学家林登·贝尔和马丁·内斯曾分析了银河系中心区的红外观测和其他性质,指出银河系中心的能源应是一个黑洞,并预言如果他们的假说正确,在银河系中心应可观测到一个尺度很小的发出射电辐射的源,并且这种辐射的性质应与人们在地面同步加速器中观测到的辐射性质一样。三年以后,这样的一个辐射源果然被发现了,这就是人马座A

人马座A有极小的尺度,只相当于普通恒星的大小,发出的射电辐射强度为2*10(34次方)尔格/秒,它位于银河系动力学中心的0.2光年以内。它的周围有速度高达300千米/秒的运动电离气体,也有很强的红外辐射源。已知所有的恒星级天体的活动都无法解释人马A的奇异特性,因此,人马A似乎是大质量黑洞的最佳候选者。但是由于当前对大质量的黑洞还没有结论性的证据,所以天文学家们谨慎地避免用结论性的语言提到大质量的黑洞。我们的银河系大约包含两千亿颗星体,其中恒星大约1,000亿颗,太阳就是其中典型的一颗。银河系是一个相当大的棒旋星系,它由三部分组成,包括包含旋臂的银盘,中央突起的银心和晕轮部分。

旋涡星系M83,它的大小和形状都很类似于我们的银河系。银盘外面是由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体,称为晕轮,直径约10万光年。

银河系也有自转。太阳系以250千米/秒速度围绕银河中心旋转,旋转一周约2.2亿年。银河系有两个伴星系大麦哲伦星系小麦哲伦星系

天文学家玛丽亚·格

太阳在银河系中位置示意图

曼认为通过对银河系恒星集群盘面的研究表明,银河系内围的恒星集群年龄较大,而外围的恒星则更加年轻,可以推测银河系的形成过程从内部开始,后来逐渐演化到10万光年以上的直径。科学家称本次调查还发现新的证据,银河系在成长过程中还吞并了许多小星系,来自其他星系的天体汇入了银河系的内部。[4]曾经史蒂芬·霍金声称自己的观测表明银河系中心是一个巨大的黑洞

2013年6月NASA公布了1.6亿像素容量为457MB最清晰银河图。

天体结构

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银河系物质的主要部分组成一个薄薄的圆盘,叫做银盘。银盘中心隆起的近似于球形的部分叫做核球,在核球区域恒星高度密集。核球中心有一个很小的致密区,叫做银核。银盘外面是一个范围更大,近于球形的区域,其中物质密度比银盘中低得多,叫做银晕。银晕外面还有银冕,它的物质分布大致也呈球形。

观测到的银河旋臂结构

2005年,银河系旋臂的结构被观测到。银河系按哈勃分类应该是一个巨大的棒旋星系SBc(旋臂宽松的棒旋星系),总质量是太阳质量的0.6万亿-3万亿倍,有大约1,000亿颗恒星。

从80年代开始,天文学家怀疑银河系是一个棒旋星系而不是一个普通的旋涡星系。2005年,斯必泽空间望远镜证实了这项怀疑,还确认了在银河核心的棒状结构比预期的还大。

银河的盘面估计直径为9.8万光年,太阳至银河中心的距离大约是2.6万光年,盘面在中心向外凸起。

银河的中心有巨大的质量和紧密的结构,因此怀疑它有超大质量黑洞,因为已经有许多星系被相信有超大质量的黑洞在核心。

就像许多典型的星系一样,环绕银河系中心的天体,在轨道上的速度并不由与中心的距离和银河质量的分布来决定。在离开了核心凸起或是在外围,恒星的典型速度在210~240千米/秒之间。因此这些恒星绕行银河的周期只与轨道的长度有关。这与太阳系不同,在太阳系,距离不同就有不同的轨道速度对应。

银河的棒状结构长约2.7万光年,以44±10度的角度横亘在太阳与银河中心之间,它主要由红色的恒星组成,大多是老年的恒星。

被推论与观察到的银河旋臂结构的每一条旋臂都给予一个数字对应(像所有旋涡星系的旋臂),大约可以分出一百段。有四条主要的旋臂起源于银河的核心,包括:

银河系悬臂示意图

2 and 8 -三千秒差距臂和英仙座旋臂。

3 and 7 - 矩尺座旋臂和天鹅座旋臂(与最近发现的延伸在一起 - 6)。

4 and 10 -南十字座旋臂和盾牌座旋臂。

5 and 9 -船底座旋臂和人马座旋臂。

还有两个小旋臂或分支,包括:

11 -猎户座旋臂(包含太阳和太阳系在内- 12)。

最新研究发现银河系可能只有两条主要旋臂——人马座旋臂和矩尺座旋臂,其绝大部分是气体,只有少量恒星点缀其中。

谷德带(本星团)是从猎户臂一端伸展出去的一条亮星集中的带,主要成员是B2~B5型星,也有一些O型星弥漫星云和几个星协,最靠近的OB星协是天蝎-半人马星协,距离太阳大约四百光年。

在主要的

银河系

旋臂外侧是外环或称为麒麟座环,是由天文学家布赖恩·颜尼(Brian Yanny)和韩第·周·纽柏格(Heidi Jo Newberg)提出的,是环绕在银河系外由恒星组成的环,其中包括在数十亿年前与其他星系作用诞生的恒星和气体。

银河的盘面被一个球状的银晕包围着,直径25万~40万光年。由于盘面上的气体和尘埃会吸收部分波长的电磁波,所以银晕的组成结构还不清楚。盘面(特别是旋臂)是恒星诞生的活跃区域,但是银晕中没有这些活动,疏散星团也主要出现于盘面上。

一般认为,银河系中的恒星多为双星聚星。2006年新的发现认为,银河系的主序星中2/3都是单星。 银河系中大部分的物质是暗物质,形成的暗银晕有0.6万亿~3万亿个太阳质量,以银核为中心聚集着。

新的发现使我们对银河结构与维度的认识有所增加,比先前由仙女座星系(M31)的盘面所获得的更多。新发现的证据证实外环是由天鹅座旋臂延伸出去的,明确支持银河盘面向外延伸的可能性。人马座矮椭球星系的发现与在环绕着银极的轨道上的星系碎片,说明了它因为与银河的交互作用而被扯碎。同样的,大犬座矮星系也因为与银河的交互作用,使得残骸在盘面上环绕着银河。

2006年1月9日,Mario Juric和普林斯顿大学的一些人宣布,史隆数位巡天在北半球的天空中发现一片巨大的云气结构(横跨约五千个满月大小的区域)位于银河之内,但似乎不合于当前所有的银河模型。他将一些恒星汇聚在垂直于旋臂所在盘面的垂直线,可能的解释是小的矮星系与银河合并的结果。这个结构位于室女座的方向上,距离约三万光年,暂时被称为室女座恒星喷流

在2006年5月9日,Daniel Zucker和Vasily Belokurov宣布史隆数位巡天在猎犬座牧夫座又发现了两个矮星系。

结构研究

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发现进程

银河系的英文名称"乳白"源自它是横跨夜空的黯淡发光带。"Milky Way"这个名称是翻译自拉丁文via lactea,而它又是从希腊的γαλαξίας κύκλος(galaxías kýklos,"milky circle")翻译来的。伽利略在1610年使用望远镜首先解析出环带是由一颗颗恒星聚集而成。

1785 年,F.W.赫歇尔第一个研究了银河系结构。他用恒星计数方法得出了银河系恒星分布为扁盘状,太阳位于盘面中心的结论。

1918年,H.沙普利研究球状星团的空间分布,建立了银河系透镜形模型,太阳不在中心。

20世纪20年代,沙普利模型得到公认。但由于未计入星际消光,沙普利模型的数值不准确。研究银河系结构传统上是用光学方法,但有一定的局限性。近几十年来发展起来的射电方法和红外技术成为研究银河系结构的强有力的工具。在沙普利模型的基础上,我们对银河系的结构已有了较深刻的了解。

银盘

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两千光年,直径近10万光年,总体上说银盘非常薄。

除了1千秒差距范围内的银核绕银心作刚体定轴转动外,银盘的其他部分都绕银心作较差自转,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微米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20世纪40年代巴德和梅奥尔对旋涡星系M31(仙女座星系)旋臂的研究得出了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。光学与射电观测结果都表明,银盘确实具有旋涡结构

银盘主要由星族Ⅰ天体组成,如G~K型主序星巨星新星行星状星云、天琴RR变星、长周期变星半规则变星等。

银心

银河系的中心﹐即银河系的自转轴银道面的交点。在星系的中心凸出部分,呈很亮的球状,直径约为两万光年,厚1万光年,这个区域由高密度的恒星组成,主要是年龄大约在100亿年以上老年的红色恒星。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。

几颗绕人马座A转动的恒星轨道

银心在人马座方向﹐1950年历元坐标为﹕赤经17°42′29″﹐赤纬-28°59′18″。

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。太阳距银心约十千秒差距﹐位于银道面以北约八秒差距。银心与太阳系之间充斥著大量的星际尘埃﹐所以在北半球用光学望远镜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微米至73厘米波段探测到银心的信息。中性氢21厘米谱线的观测揭示﹐在距银心四千秒差距处有氢流膨胀臂﹐即所谓“三千秒差距臂”(最初将距离误定为三千秒差距﹐后虽订正为四千秒差距﹐但仍沿用旧名)。大约有1,000万个太阳质量的中性氢﹐以53km/秒的速度涌向太阳系。在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以135km/秒的速度离银心而去。它们应是1000万~1500万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70~140千米/秒的速度向外膨胀。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﹐有激烈扰动的电离氢区﹐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射电源﹐即人马座A﹐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﹐甚至小于十个天文单位﹐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的形式出现的。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﹐在强磁场中加速﹐产生了同步加速辐射。

关于银心的最新观测表明,银河系的最核心部位基本 上全部是由白矮星组成的,数量则至少在10万颗上下。而和心中的核心,则是由大约70颗较大的白矮星组成的。至于如何观测到更多的内容,科学家表示,需要靠下一代观测设备,比如 NASA 正在建设的 James Webb 号天文望远镜来完成了。[2]

银晕

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9.8万光年,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,在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区,叫做银冕,银冕至少延伸到距银心100千秒差距或32万光年远。

典型球状星团:M13球状星团

银河系被直径约30千秒差距的银晕笼罩。银晕中最亮的成员是球状星团。

银冕

在天文学中,冕指天体周围的气体包层,这种天体大气最外层的灼热气体很想人们头上带的一顶帽子,裹住星星光华的“圆脸”,冕这个字最初是指古代帝王头上带的一种帽子(礼帽),而天空的这种热气体看起来也像一顶帽子,所以现在人们就称这种气体叫银冕。太阳的冕是人们所熟知的日冕,恒星的冕称作星冕。

太阳系

太阳在银河系中的位置

太阳系位于一条叫做猎户臂的旋臂上,距离银河系中心约2.64万光年,逆时针旋转,绕银心旋转一周约需要2.5亿年。

太阳系位于猎户座旋臂靠近内侧边缘的位置上,在本星际云(Local Fluff)中,距离银河中心7.94±0.42千秒差距我们所在的旋臂与邻近的英仙臂大约相距6,500光年(通过测定离地球约6370光年的一个大质量分子云核的距离得出)。我们的太阳系,正位于所谓的银河生命带。

太阳运行的方向,也称为太阳向点,指出了太阳在银河系内游历的路径,基本上是朝向织女,靠近武仙座的方向,偏离银河中心大约86度。太阳环绕银河的轨道大致是椭圆形的,但会受到旋臂与质量分布不均匀的扰动而有些变动,我们当前在接近近银心点(太阳最接近银河中心的点)1/8轨道的位置上。

太阳系大约每2.25~2.5亿年在轨道上绕行一圈,可称为一个银河年,因此以太阳的年龄估算,太阳已经绕行银河20~25次了。太阳的轨道速度是217km/秒,换言之每8天就可以移动1个天文单位,1400年可以运行1光年的距离。

银河系波浪

科学家利用斯隆数字巡天测光光谱数据,对银河系的银盘进行了研究。结果颠覆了教科书上银河系的形象,表明银盘存在波浪状的结构,并且银盘的尺寸也可能比传统认为的更大[6]

传统观点认为,银河系的银盘应该是一个平滑的盘,从银心向外密度呈指数下降,而且在银盘的上下两侧(或者说南北两侧),密度应该是镜像对称的。2002年,美国伦斯勒理工学院的海蒂·纽伯格及其同事发现,在银盘的最外侧边缘存在恒星密集分布的团块,这一成团子结构被称为麒麟座星环。后来,其他天文学家又在麒麟座星环以外发现了另一个类似的子结构,被称为三角座-仙女座星流

一个研究团队对2002年斯隆数字巡天的观测数据作了进一步分析,发现了另外两个类似子结构存在的迹象。这另外两个子结构位于麒麟座星环和我们的太阳之间。离太阳最近的子结构,距离银心大约3万光年,银盘以北的恒星密度超出预期;另一个子结构距离银心大约4万~4.5万光年,银盘以南的恒星密度超出预期。

它们分别命名为北近结构(north near structure)和南中结构(south middle structure)[7]

银河系剖析图

星系年龄

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推测方法

根据已知长寿命放射性核的衰变时间(即半衰期),从某些放射性中子俘获元素的丰度数据人们可以测定银河系中最古老恒星的年龄,从而定出银河系的年龄,这种放射性年龄测定方法称为核纪年法。例如,钍的半衰期是130亿年左右。用当代最大的天文望远镜,加上高分辨率光谱仪,已经能够检测到恒星的钍,并作出相应的年龄估计。

推测结论

据多种方法测定,从大爆炸算起,宇宙的年龄在140亿年左右。假定从大爆炸到银河系形成相隔的时间为10亿年,那么上述由核纪年法测定的银河系年龄与宇宙年龄是相容的。

依据欧洲南天天文台(ESO)的研究报告,估计银河系的年龄约为136亿岁,差不多与宇宙一样老。由许多天文学家所组成的团队在2004年使用甚大望远镜(VLT)的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究,首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进2~3亿年,因而估计球状星团的年龄在129±5亿岁左右,因此银河系的年龄不会低于122±8亿岁。[8]

星系全景

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主要星座

银河系美景(23张)银河系在天空上的投影像一条流淌在天上闪闪发光的河流一样,所以古称银河或天河,一年四季都可以看到银河,只不过夏秋之交看到了银河最明亮壮观的部分。

银河经过的主要星座有:天鹅座天鹰座狐狸座天箭座蛇夫座盾牌座人马座天蝎座天坛座矩尺座豺狼座南三角座圆规座苍蝇座南十字座船帆座船尾座麒麟座猎户座金牛座双子座御夫座英仙座仙后座蝎虎座

银河在天空中明暗不一,宽窄不等。最窄只有4°~5°,最宽约30°。对于北半球来说,夏季星空的重要标志,是从北偏东地平线向南方地平线延伸的光带——银河,以及由3颗亮星,即银河两岸的织女星牛郎星和银河之中的天津四所构成的“夏季大三角”。夏季的银河由天蝎座东侧向北伸展,横贯天空,气势磅礴,极为壮美。但只能在没有灯光干扰的野外(极限可视星等5.5以上)才能欣赏到。冬季的那边银河很黯淡(在猎户座大犬座),但在天空中可以看到明亮的猎户座,以及由天狼星参宿四南河三构成的明亮的“冬季大三角”。

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