关于银河系的冷知识

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  我们从太阳系里看银河系,因为是从这个所谓“棒旋星系”盘状结构的内部向外观看,因此并不能看到它的全貌,即便借助各种探测器,也只能看到银河系的某些部分。
  在以观测者为球心的假想“天球”上,所见的银河系部分,通常呈现为环绕一圈的带状,也被称为银河、星河、银汉等。由于光污染的缘故,地球上超过1/3的人不能在家园看见银河。
  地球的自转轨道平面(赤道面)和公转轨道平面(黄道面),相对于银河盘面都有很大的倾斜。由于这种高倾斜度,在一年中不同的时间,银河呈现出的那道“弧”出现在天空中的位置可以很高,也可以很低。
  除了这些“必修”知识,还有哪些值得了解的银河系“冷知识”呢?

1. 银河系的中心发光吗?


  银河系的中心,既发光又不发光。
  知乎答主“不拿诺奖不改名”解释道:银河系的中心,可以指中心的那一个几何点,即银河系的自转轴与银道面的交点—银心;也可以指银河系中心的那一片区域。
  光是什么?一般我们所理解的光都是可见光,实际上,可见光只是电磁辐射的一个波段罢了。严格来说,整个电磁波段都可以叫作“光”。而在这里,光就是“亮”的意思,亮就是指比别的地方的电磁辐射强。
  银河系中心究竟有没有光?
  如果是指银河系的中心区域—核球,那它是发光的,而且发出的光非常强。银河系偏平的盘面叫作银盘,由一个薄盘和一个较厚但是密度较低的厚盘组成,而核球是银盘中心一个隆起的结构。
  核球的中央部位被称作银核,那里有着密集的恒星群。也就是说,这些光是由恒星产生的,事实上,核球部分的光度占整个银河系光度的15%左右。
  可惜,这些光无法用肉眼看到,因为从地球上向银河系中心望去,我们的视线会被大量的星际气体和尘埃遮挡。这些气体和尘埃,对于来自银河系中心的可见光辐射和紫外辐射,有着强烈的消光作用,光学消光达“30星等”。
  所以,对偏居银河系一隅的我们来说,银河系中心在光学波段上永远是漆黑一片。
  从银心的角度来看,银河系中心是一个致密的射电源SgrA*(人马座A*),而我们相信这其实是一个质量约为10的6次方的超大质量黑洞。常识告诉我们,黑洞是不发光的。但是黑洞的周围是发光的。黑洞周围存在着吸积盘,而吸积盘里存在着强大辐射。
  相关研究又表明,SgrA*周围有着强烈的喷流,吸积盘和喷流共同产生了射电波段和X波段的辐射,同时产生了可见光波段的亮光(肉眼看不到是因前文提到的消光作用)。
  综上,“银心”不发光,但其周围及“银河系中心区域”发强光,可各种阻挡导致我们肉眼看不到。

2. 人类的探测器都没走出太阳系,银河系的结构图是怎么画出来的?


  太阳系处于银河系的盘面上,我们只能看到“侧面”的银河系。如果要得到银河系“正面”图像,则还需要一个重要的信息:距离。也就是说,侧面的观测只给了我们天体的位置X和Y,我们还需要距离Z,才能建构起一个三维的银河系图景。
银河系和仙女座星系之间大约40亿年后碰撞的模拟图

  除了同河外星系的类比,我们获得对银河系的整体认识,更多地归功于对“原子氢”和“分子氢”的观测。
  根据知乎答主“野草”的介绍,即便与恒星的距离有很多种方法来测定,但星光架不住星际尘埃遮挡,只有太阳系周边很小范围的恒星可以被看到。不过,有一种波可以穿透星际尘埃,它便是银河系内“巨分子云”和“原子云”这些星际介质所发出的光—射电波。
  大多数射电望远镜装备了频谱仪,和所有靠“谱”的信息一样,它带给我们这样一个重要观测量—速度。这个Velocity被叫作“本地静止速度”,它对应着天体间的距离—气体们绕着银河系中心旋转,在视线方向上,不同的距离自然会显现不一样的速度特征。
  最早,“原子氢”巡天,得到了银河系原子气体的分布图和速度-位置图,并依此做出了银河系的“旋转曲线”,显示出银河系的形状是:具有旋臂结构的旋涡星系。
  但旋涡星系也可以长得不一样。于是,人们对银河系旋臂的数目和位置感兴趣起来,随后又观测了银河系的分子气体—与到处弥漫在银河系的原子气体不同,分子气体主要聚集在银盘上。
  通过对分子气体(例如分子氢,即氢气)的观测,人们发现银河系有多条旋臂,星系的中心还有“棒”状结构。综合全部图景后,银河系结构想象图就可以得出。
  接下来,口径更大的望远镜(青海德令哈13.7m毫米波望远镜)对银河系遥远的部分进行了观测,在2015年又看到了新延展的旋臂。太阳系不在主旋臂上,它处在英仙旋臂和人马旋臂之间的本地旋臂上。本地旋臂和人马旋臂间,有一个“刺”状结构,像一座倾斜的桥连接着两条旋臂。

3. 银河系以外的恒星,肉眼能看到吗?


  肉眼的确能看到银河系以外的天体,但那不是单个的恒星,而是跟银河系“平级”的星系(那些看似云雾状的星系,也被称为“旋涡星云”)。
  河外星系中,最为人们所熟知的是仙女座星系M31。它是我们在银河系之外,唯一平常目视可见的“大星系”(它有7个伴星系,如M32和M110)。
  仙女座星系M31是本星系群(含大约30个星系)中的主要星系,和我们的银河系一起,集中了本星系群的绝大部分质量。它的视星等为4.36(数值越小,亮度越高),距离我们约254万光年。

  对偏居银河系一隅的我们来说,银河系中心在光学波段上永远是漆黑一片。

  假设各方面条件许可,人肉眼可见的最遥远的天体是三角座星系M33。它靠近仙女座星系,是本星系群里第三大的星系。三角座星系M33距离我们295万光年,比仙女座星系远,也更暗,视星等仅有5.72,更不容易被看到。
开普勒- 444恒星及其行星系,距离地球约117光年,在天球上位于天琴座

4. 为什么我们肉眼看不到“离太阳系最近的恒星”比邻星,却能很容易看到牛郎、织女星?


  比邻星位于天空南方的半人马座,距离太阳只有4.22光年,但光度非常暗,其視星等在11左右,根本不可能用肉眼看到。这也是因为比邻星是一颗红矮星,表面温度较低,只有3000摄氏度左右。
  牛郎星,属于天鹰星座,是全天第十二亮的恒星,呈白色。其距离太阳16.7光年,质量是太阳的1.7倍,直径为太阳的1.8倍,亮度是太阳的10.6倍,表面温度约7000摄氏度。
  该星与著名的天狼星存在很多相似之处:都是非常年轻的恒星(形成时间可能仅有数亿年),其内核都是由氢的核聚变反应所产生的氦构成。
  织女星,属于天琴星座,是全天第五亮的恒星,呈蓝色。其质量是太阳的2.1倍,表面温度约9000摄氏度,目前处在寿命的中间点上。织女星的光谱分类为A0V,其温度比天狼星的A1V高一点。它仍处于主序星阶段,利用核心内的氢聚变反应来发光发热。
  虽然比邻星离地球更近,但已经步入生命的晚年,核聚变反应已经衰减,它的光芒已经不足以令人们的肉眼观测到。
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