關(guān)于銀河系，竟然還有這樣有趣的十個(gè)事實(shí)！

作者：Matt Williams

編譯：Camelion

審校：yangfz

圖1：我們的銀河系，包含獵戶座旋臂、人馬座旋臂、英仙座旋臂、矩尺座旋臂，在銀心有一個(gè)旋棒。我們的太陽(yáng)在獵戶座旋臂的內(nèi)側(cè)邊緣。

作為人類誕生之地，銀河系直徑大約12萬(wàn)-18萬(wàn)光年，我們的太陽(yáng)系大約離銀心2.7光年，在一條被稱為獵戶旋臂的內(nèi)邊緣。這些當(dāng)然我們從小學(xué)都已經(jīng)很熟悉了。但銀河系其實(shí)還有許多有趣的花邊信息，相信讀過(guò)這些必將給你留下深刻的印象。

1、銀河系是彎的

這里說(shuō)的“彎”不是說(shuō)它幾條旋臂的彎，而是銀盤的彎。我們知道銀河系是一個(gè)直徑12萬(wàn)-18萬(wàn)光年的“盤子”，它的中心隆起一個(gè)大約1.2萬(wàn)光年的鼓包。這是我們通常的理解。但事實(shí)上，這個(gè)“盤子”并不是平的，而是和下面這張圖片很相似，是彎曲的。

圖2：彎曲的漩渦星系 ESO 510-13，和我們的銀河系很類似。

為什么銀河系會(huì)彎曲呢？天文學(xué)家認(rèn)為這主要是由我們銀河系的兩個(gè)鄰居——大、小麥哲倫星云——導(dǎo)致的。

圖3: 大麥哲倫星云（右上）、小麥哲倫星云（左下）

這兩個(gè)矮星系，繞著銀河系旋轉(zhuǎn)，是我們“本星系群”（本星系群中還有一個(gè)和銀河系差不多大的仙女座大星云M31（其實(shí)是一個(gè)星系）以及其它50多個(gè)矮星系）的一部分。

圖4：本地星系團(tuán)。中間的一塊是以銀河系為中心的一群，左上則是以M31為中心的一群。

這兩個(gè)矮星系就像在進(jìn)行拔河比賽似的拉扯著我們銀河系中的暗物質(zhì)。這種拉扯會(huì)在銀河系中產(chǎn)生一種振蕩，帶動(dòng)銀河系的物質(zhì)使它們偏離銀河盤面。

圖5：大小麥哲倫星云與銀河系的位置關(guān)系

2、銀河系有“光環(huán)”（暈），但你卻看不到

科學(xué)家們認(rèn)為我們銀河系90%的物質(zhì)都是由暗物質(zhì)所構(gòu)成，這些暗物質(zhì)構(gòu)成了這個(gè)有點(diǎn)神秘的“光環(huán)”（halo，暈）。這也就是說(shuō)，所有的“明物質(zhì)”——即我們能夠用肉眼或望遠(yuǎn)鏡看到的那些物質(zhì)——只構(gòu)成我們銀河系不到10%的成分。顯然這里的“光環(huán)”并不是我們通常所想的漂浮在天使頭上的那種，或者觀測(cè)到彗星時(shí)看到的那種。

圖6：銀河系暈結(jié)構(gòu)示意圖

銀河系的暈（接下來(lái)用這個(gè)詞，這在天文上更常用）是不可見的，但其存在卻是經(jīng)過(guò)理論和數(shù)值模擬證明過(guò)的?？茖W(xué)家們通過(guò)數(shù)值模擬證明，如果沒(méi)有這些不可見的質(zhì)量，那么我們的銀河系可能就無(wú)法聚集成團(tuán)，也無(wú)法解釋恒星為什么繞銀河系旋轉(zhuǎn)得那么快。

圖7：銀河系的星系旋轉(zhuǎn)曲線?？v軸是恒星繞銀心得旋轉(zhuǎn)速率，橫軸是到銀心的距離（1kpc=3.26光年）。黃點(diǎn)代表太陽(yáng)，藍(lán)線是觀測(cè)的旋轉(zhuǎn)速率曲線，紅線是基于觀測(cè)到的恒星和星際氣體從理論預(yù)測(cè)的速率曲線。

星系包含的質(zhì)量越大，恒星繞中心運(yùn)行的速度就會(huì)越大。（這可以由萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律推導(dǎo)出來(lái)）如果我們假設(shè)銀河系只是由我們現(xiàn)在所看到的物質(zhì)組成，那么恒星旋轉(zhuǎn)的速率將遠(yuǎn)小于我們現(xiàn)在所測(cè)量到的結(jié)果。所以，必須額外加上這些無(wú)法看到的質(zhì)量——又叫做：暗物質(zhì)，它是一些與普通物質(zhì)只有萬(wàn)有引力作用而沒(méi)有電磁作用的物質(zhì)。

3、銀河系有超過(guò)2000億顆恒星

從星系的角度來(lái)說(shuō)，銀河系只能算是“中等個(gè)子”。我們已知最大的星系（IC 1101）有大約100萬(wàn)億顆恒星，其他大星系也都在萬(wàn)億的量級(jí)上。而像前面提到的大麥哲倫星云這樣的矮星系只包含大約100億顆恒星。銀河系所包含的恒星則大約在1000-4000億顆。

圖8：最大的星系IC1101

圖9、最大的星系IC1101與別的星系對(duì)比。其中第二個(gè)仙女座大星云（Andromeda）和銀河系的大小差不多。

但是，當(dāng)你仰望夜空時(shí)，不管你是站在地球的哪個(gè)地方，你能看到的星星最多也不過(guò)是其中的2500顆左右。原因是：1）如果恒星太遠(yuǎn)而又不太亮，你就看不到了；2）星際塵埃會(huì)吸收掉遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光線，我們通過(guò)可見光只能看到銀河系一小塊兒區(qū)域的恒星。

圖10、站在地球上，我們仰望星空

銀河系中恒星的數(shù)目并不是固定的，因?yàn)楹阈恰腿艘粯?，也是有生有死的。事?shí)上，在星系時(shí)間尺度上“時(shí)時(shí)刻刻”都有恒星通過(guò)超新星爆發(fā)的形式死去，又有恒星在其遺跡中誕生。

圖11、蟹狀星云是1054超新星爆發(fā)后的遺跡

圖12、哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的獵戶座大星云

4、銀河系中到處都是灰塵

普通的觀測(cè)者可能意識(shí)不到這一點(diǎn)：銀河系中充滿著灰塵和氣體。在我們的星系中，有10%-15%的明物質(zhì)（可見物質(zhì)）是以灰塵和氣體的形式存在的，其余的構(gòu)成了恒星。銀河系有大約10萬(wàn)光年那么大，而我們?cè)诳梢姽獠ǘ文芸吹降模ㄎ覀兦懊嬉蔡岬搅耍┲挥胁坏?.6萬(wàn)光年的范圍。

圖13、你在夜晚看到的所有星星，只是圖中黃色圓圈內(nèi)的一部分。

甚至當(dāng)夜晚在光污染不是很嚴(yán)重的地方，我們能夠分辨出銀河系的塵埃。

圖14、由星系塵埃產(chǎn)生的黃道光

圖15、哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的馬頭星云

“厚重”的塵埃云會(huì)遮擋可見光，但紅外線卻能夠穿透它。這就使得我們能夠利用紅外望遠(yuǎn)鏡（例如Spitzer空間望遠(yuǎn)鏡）來(lái)研究并繪制銀河系。Spitzer能夠透過(guò)塵埃云，直接觀測(cè)銀河系中心以及恒星形成區(qū)上演的壯觀景象。

圖16、NASA的Spitzer空間望遠(yuǎn)鏡。藝術(shù)家的概念圖

圖17、Spitzer的開光照，IC 1396

圖18、螺旋星云。藍(lán)色為3.6-4.5微米波，綠色為5.8-8微米波，紅色為24微米波。

圖19、MIPS通過(guò)24微米波拍攝的仙女座大星云

5、銀河系靠吃長(zhǎng)胖

銀河系并不是一直都像現(xiàn)在這樣——一個(gè)漂亮的、彎曲的漩渦，它以后也不會(huì)一直都是這樣。它能夠變成現(xiàn)在這個(gè)尺度和形狀，是靠著不斷地吞并其他星系，而且現(xiàn)在也仍然在不停地吞并。事實(shí)上，現(xiàn)在離銀河系最近的大犬座矮星系的恒星正不斷地被銀河系拉到自己的銀盤里。

圖20：藝術(shù)家想象的麒麟座環(huán)。大犬座矮星系大約有10顆太陽(yáng)質(zhì)量，是離我們最近的星系，但由于銀河系塵埃和氣體的遮擋，我們最近才發(fā)現(xiàn)它。

而我們的銀河系在過(guò)去已經(jīng)消化很多這樣的星系了，例如人馬座矮星系。

圖21：人馬座矮橢圓星系，我們銀河系的一個(gè)小的橢圓環(huán)形衛(wèi)星星系，離太陽(yáng)系只有7萬(wàn)光年。

前面提到的大麥哲倫和小麥哲倫矮星系也都受著銀河系的“蠱惑”，向銀河系的胃中投來(lái)。

6、你看到的所有旋轉(zhuǎn)的銀河系圖片都不是它的照片

目前為止，我們還沒(méi)有能力飛出銀河系的盤面，到它上方去給它拍寫真。

我們是生活在銀河系盤面里的，在一個(gè)離銀河系中心大約2.6萬(wàn)光年的地方。我們不可能站在自家屋子里給自己的房子拍一個(gè)全景照，同樣在我們有能力飛出銀河系之前，也不可能拍出一張銀河系的照片。這就意味著，你曾經(jīng)看到的那些據(jù)說(shuō)是銀河系的旋渦星系，要么是別的星系，要么就是出自哪位藝術(shù)家之手畫出來(lái)的。

圖22：常有人拿著這張圖說(shuō)是銀河系，而實(shí)際上它是仙女座大星云（M31）。蘋果IOS系統(tǒng)自帶桌面背景中的一張星系圖就是它，不過(guò)為了美觀他們做了處理。

圖23：這張也常被拿來(lái)當(dāng)作銀河系，實(shí)際它是UGC 12158，和銀河系外形上很像。

圖24：藝術(shù)家的概念圖。

7、中心有個(gè)大黑洞

其實(shí)很多星系的中心都有一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞，銀河系也不例外。

圖25：探測(cè)到從人馬座A*發(fā)出的一個(gè)異常明亮的X射線閃耀，推斷在銀河系中心有一個(gè)巨型黑洞。

我們星系中心的這個(gè)黑洞被稱為人馬座A，據(jù)估計(jì)直徑大概有2250萬(wàn)公里（大約相當(dāng)于水星軌道的直徑），但是我們要記著：這是黑洞。有大量的物質(zhì)被吸向這個(gè)黑洞，在它的周圍形成一個(gè)盤面，稱為吸積盤。這個(gè)吸積盤上的物質(zhì)的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的460億倍，但卻被壓縮在地球軌道大小的范圍內(nèi)。

圖26：巨型黑洞從鄰近恒星吸取物質(zhì)。藝術(shù)家的概念圖。

有意思的是，盡管人馬座A像其他黑洞一樣，要把它附近的所有物質(zhì)都吸到自己“肚子”里，但卻發(fā)現(xiàn)在這地方竟然還有恒星不斷形成。

圖27：藝術(shù)家想象的恒星在巨型黑洞產(chǎn)生的風(fēng)中誕生。

8、銀河系幾乎和宇宙一樣老

最近根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出宇宙的年齡大約為137億年。而我們的銀河系也已經(jīng)存在了大約136億年。

怎么知道銀河系的年齡的呢？我們通過(guò)尋找星系中最古老的恒星來(lái)外推。這些恒星一般都存在于球狀星團(tuán)當(dāng)中，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了這些恒星，根據(jù)其質(zhì)量推出其年齡；那么我們就知道了銀河系的下限——銀河系總要比自己內(nèi)部的恒星年齡大吧。

圖28：球狀星團(tuán)M80。M 80離我們有3萬(wàn)光年，包含成千上萬(wàn)的恒星。

圖29：球狀星團(tuán) M5。據(jù)估計(jì)有10-50萬(wàn)顆恒星，半徑卻只有200光年。其年齡約130億年。

不過(guò)盡管銀河系內(nèi)部的成員年齡很大，但直到100億到120年之前，銀河系還沒(méi)有形成盤面和星系核。另外一點(diǎn)是，星系核比星系別的結(jié)構(gòu)形成的時(shí)間要早一些，因?yàn)樾碌难芯匡@示星系盤中恒星的氧豐度與星系核中恒星的不一樣。

9、銀河系如此之大，也只是別人的一部分

盡管銀河系很大，它也只是一個(gè)更大的星系結(jié)構(gòu)的一部分。

我們的近鄰包括大麥哲倫星云、小麥哲倫星云、以及仙女座大星云（M31，離我們最近的漩渦星云）。除此之外，還有大約50多個(gè)其他星系，它們共同環(huán)繞著一個(gè)中心運(yùn)動(dòng)，形成一團(tuán)，我們稱之為“本星系群”。

圖30：本星系群中大約有50多個(gè)星系。兩個(gè)漩渦星系，其余都是矮星系。他們共同圍繞一個(gè)中心旋轉(zhuǎn)。

但是，本星系群也仍然只是我們近鄰的一個(gè)小部分。往更遠(yuǎn)處看，我們發(fā)現(xiàn)銀河系只是一個(gè)更大的星系群——室女座超星系團(tuán)——的一部分。

圖31：室女座超星系團(tuán)

所謂超星系團(tuán)，顯然要比星系團(tuán)更大，它包含更多的星系，尺度達(dá)到數(shù)億光年。而在超星系團(tuán)之間巨大的空間里，如果有勇敢無(wú)畏的冒險(xiǎn)家去探險(xiǎn)的話，遇到星系或者物質(zhì)的可能性將微乎其微。

就室女座超星系團(tuán)來(lái)說(shuō)，它是由至少100個(gè)星系群和星系團(tuán)組成，集聚在大概33百萬(wàn)秒差距（1.1億光年）的范圍內(nèi)。在2014年的一份研究中表明，室女座超星系團(tuán)也只是一個(gè)更大的巨超星系團(tuán)——拉尼亞凱亞（Laniakea）——的一個(gè)裂片，該巨超星系團(tuán)以一個(gè)巨吸引子（Great Attractor）為中心。

圖32：拉尼亞凱亞模型圖

圖33：巨吸引子模擬圖

圖34：宇宙中部分星系圖，黃色部分為拉尼亞凱亞

10、銀河系也在運(yùn)動(dòng)

銀河系像宇宙中所有的事物一樣，自身也在空間中運(yùn)動(dòng)。地球圍繞太陽(yáng)，太陽(yáng)圍繞銀河系，銀河系作為本星系群的一部分，也在相對(duì)于微波背景輻射（Cosmic Microwave Background，CMB，大爆炸之后剩下的輻射）運(yùn)動(dòng)。

微波背景輻射是我們用來(lái)測(cè)定宇宙中物體（例如星系）運(yùn)動(dòng)速度的一個(gè)方便的參考系。本星系群相對(duì)于微波背景輻射的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到600km/s，或者220萬(wàn)km/h。如此大的速度，在我們這個(gè)渺小的地球框架中，難以想象。

總結(jié)：從地球到整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)框架。

圖35-42: 從地球到整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)框架。

附贈(zèng)：銀河系吹出的大氣泡

圖43：費(fèi)米泡（Fermi Bubbles）。在2010年九月，費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡在銀河系發(fā)現(xiàn)兩個(gè)伽馬射線和X-射線波段的巨泡，命名為費(fèi)米泡。費(fèi)米泡在銀河系中心上方和下方分別延伸約2.5萬(wàn)光年。

原文鏈接：

https://www.universetoday.com/22285/facts-about-the-milky-way/

編輯：yangfz

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