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銀河系有多少個太陽系

2019-03-01 13:50:49文/葉丹

銀河系是地球和太陽所屬的星系。因其主體部分投影在天球上的亮帶被我國稱為銀河而得名。銀河系只有一個太陽系,僅僅在銀河系中就有數(shù)千億顆恒星,我們的太陽是一顆黃矮星,這種星體的數(shù)量在銀河系中占2~5%

銀河系有多少個太陽系

銀河系有多大

銀河系(別名銀漢、天河、銀河、星河、天漢等),是太陽系所在的棒旋星系,包括1000~4000億顆恒星和大量的星團、星云以及各種類型的星際氣體和星際塵埃,從地球看銀河系呈環(huán)繞天空的銀白色的環(huán)帶。總質(zhì)量約為太陽的2100億倍,隸屬于本星系群,最近的河外星系是距離銀河系4萬2千光年的大犬座矮星系。

銀河系呈扁球體,具有巨大的盤面結(jié)構(gòu),由明亮密集的核心、兩條主要的旋臂和兩條未形成的旋臂組成,旋臂相距4500光年。太陽位于銀河一個支臂獵戶臂上,至銀河中心的距離大約是2.6萬光年。

銀河系的中央是超大質(zhì)量的黑洞(人馬座A*),自內(nèi)向外分別由銀心、銀核、銀盤、銀暈和銀冕組成。銀河系中央?yún)^(qū)域多數(shù)為老年恒星(以白矮星為),外圍區(qū)域多數(shù)為新生和年輕的恒星。周圍幾十萬光年的區(qū)域分布著十幾個衛(wèi)星星系,其中較大的有大麥哲倫星云和小麥哲倫星云。銀河系通過緩慢的吞噬周邊的矮星系使自身不斷壯大。2015年3月,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系體積比之前認為的要大50%。

銀河系包括哪些結(jié)構(gòu)

銀河系包括銀盤、銀心、銀暈、銀冕、太陽系、銀河系波浪。

銀盤

銀盤是銀河系的主要組成部分,在銀河系中可探測到的物質(zhì)中,有九成都在銀盤范圍以內(nèi)。銀盤外形如薄透鏡,以軸對稱形式分布于銀心周圍,其中心厚度約1萬光年,不過這是微微凸起的核球的厚度,銀盤本身的厚度只有兩千光年,直徑近16萬光年,總體上說銀盤非常薄。

除了1千秒差距范圍內(nèi)的銀核繞銀心作剛體定軸轉(zhuǎn)動外,銀盤的其他部分都繞銀心作較差自轉(zhuǎn),即離銀心越遠轉(zhuǎn)得越慢。銀盤中的物質(zhì)主要以恒星形式存在,占銀河系總質(zhì)量不到10%的星際物質(zhì),絕大部分也散布在銀盤內(nèi)。星際物質(zhì)中,除電離氫、分子氫及多種星際分子外,還有10%的星際塵埃,這些直徑在1微米左右的固態(tài)微粒是造成星際消光的主要原因,它們大都集中在銀道面附近。

由于太陽位于銀盤內(nèi),所以我們不容易認識銀盤的起初面貌。為了探明銀盤的結(jié)構(gòu),根據(jù)20世紀40年代巴德和梅奧爾對旋渦星系M31(仙女星系)旋臂的研究得出了旋臂天體的主要類型,進而在銀河系內(nèi)普查這幾類天體,發(fā)現(xiàn)了太陽附近的三段平行臂。由于星際消光作用,光學(xué)觀測無法得出銀盤的總體面貌。有證據(jù)表明,旋臂是星際氣體集結(jié)的場所,因而對星際氣體的探測就能顯示出旋臂結(jié)構(gòu),而星際氣體的21厘米射電譜線不受星際塵埃阻擋,幾乎可達整個銀河系。光學(xué)與射電觀測結(jié)果都表明,銀盤確實具有旋渦結(jié)構(gòu)。

銀盤主要由星族Ⅰ天體組成,如G~K型主序星、巨星、新星、行星狀星云、天琴座RR變星、長周期變星、半規(guī)則變星等。

銀心

銀河系的中心﹐即銀河系的自轉(zhuǎn)軸與銀道面的交點。在星系的中心凸出部分,呈很亮的球狀,直徑約為兩萬光年,厚1萬光年,這個區(qū)域由高密度的恒星組成,主要是年齡大約在100億年以上老年的紅色恒星。證據(jù)表明,在中心區(qū)域存在著一個巨大的黑洞,星系核的活動十分劇烈。

銀心在人馬座方向﹐1950年歷元坐標為﹕赤經(jīng)17° 42′ 29″﹐赤緯-28° 59′ 18″。

銀心除作為一個幾何點外﹐它的另一含義是指銀河系的中心區(qū)域。太陽距銀心約十千秒差距﹐位于銀道面以北約八秒差距。銀心與太陽系之間充斥著大量的星際塵埃﹐所以在北半球用光學(xué)望遠鏡難以在可見光波段看到銀心。射電天文和紅外觀測技術(shù)興起以后﹐人們才能透過星際塵埃﹐在2微米至73厘米波段探測到銀心的信息。中性氫21厘米譜線的觀測揭示﹐在距銀心四千秒差距處有氫流膨脹臂﹐即所謂“三千秒差距臂”(最初將距離誤定為三千秒差距﹐后雖訂正為四千秒差距﹐但仍沿用舊名)。大約有1,000萬個太陽質(zhì)量的中性氫﹐以53km/秒的速度涌向太陽系。在銀心另一側(cè)﹐有大體同等質(zhì)量的中性氫膨脹臂﹐以135km/秒的速度離銀心而去。它們應(yīng)是1000萬~1500萬年前以不對稱方式從銀心拋射出來的。在距銀心300秒差距的天區(qū)內(nèi)﹐有一個繞銀心快速旋轉(zhuǎn)的氫氣盤﹐以70~140千米/秒的速度向外膨脹。盤內(nèi)有平均直徑為30秒差距的氫分子云。

在距銀心70秒差距處﹐有激烈擾動的電離氫區(qū)﹐以高速向外擴張?,F(xiàn)已得知﹐不僅大量氣體從銀心外涌﹐而且銀心處還有一強射電源﹐即人馬座A﹐它發(fā)出強烈的同步加速輻射。甚長基線干涉儀的探測表明﹐銀心射電源的中心區(qū)很小﹐甚至小于十個天文單位﹐即不大于木星繞太陽的軌道。12.8微米的紅外觀測資料指出﹐直徑為1秒差距的銀核所擁有的質(zhì)量﹐相當于幾百萬個太陽質(zhì)量﹐其中約有100萬個太陽質(zhì)量是以恒星的形式出現(xiàn)的。銀心區(qū)有一個大質(zhì)量致密核﹐或許是一個黑洞。流入致密核心吸積盤的相對論性電子﹐在強磁場中加速﹐產(chǎn)生了同步加速輻射。

關(guān)于銀心的最新觀測表明,銀河系的最核心部位基本 上全部是由白矮星組成的,數(shù)量則至少在10萬顆上下。而和心中的核心,則是由大約70顆較大的白矮星組成的。至于如何觀測到更多的內(nèi)容,科學(xué)家表示,需要靠下一代觀測設(shè)備,比如 NASA 正在建設(shè)的 James Webb 號天文望遠鏡來完成了。

銀暈

銀河暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區(qū)域內(nèi),銀暈直徑約為9.8萬光年,這里恒星的密度很低,分布著一些由老年恒星組成的球狀星團。有人認為,在銀暈外面還存在著一個巨大的呈球狀的射電輻射區(qū),叫做銀冕,銀冕至少延伸到距銀心100千秒差距或32萬光年遠。

銀河系被直徑約30千秒差距的銀暈籠罩。銀暈中最亮的成員是球狀星團。

銀冕

在天文學(xué)中,冕指天體周圍的氣體包層,這種天體大氣最外層的灼熱氣體很像人們頭上帶的一頂帽子,裹住星星光華的“圓臉”,冕這個字最初是指古代帝王頭上帶的一種帽子(禮帽),而天空的這種熱氣體看起來也像一頂帽子,所以人們就稱這種氣體叫銀冕。太陽的冕是人們所熟知的日冕,恒星的冕稱作星冕。

太陽系

太陽系位于一條叫做獵戶臂的旋臂上,距離銀河系中心約2.64萬光年,逆時針旋轉(zhuǎn),繞銀心旋轉(zhuǎn)一周約需要2.2億年。

太陽系位于獵戶座旋臂靠近內(nèi)側(cè)邊緣的位置上,在本星際云(Local Fluff)中,距離銀河中心7.94±0.42千秒差距我們所在的旋臂與鄰近的英仙臂大約相距6,500光年(通過測定離地球約6370光年的一個大質(zhì)量分子云核的距離得出)。我們的太陽系,正位于所謂的銀河生命帶。

太陽運行的方向,也稱為太陽向點,指出了太陽在銀河系內(nèi)游歷的路徑,基本上是朝向織女,靠近武仙座的方向,偏離銀河中心大約86度。太陽環(huán)繞銀河的軌道大致是橢圓形的,但會受到旋臂與質(zhì)量分布不均勻的擾動而有些變動,我們當前在接近近銀心點(太陽最接近銀河中心的點)1/8軌道的位置上。

太陽系大約每2.25~2.5億年在軌道上繞行一圈,可稱為一個銀河年,因此以太陽的年齡估算,太陽已經(jīng)繞行銀河20~25次了。太陽的軌道速度是217km/秒,換言之每8天就可以移動1個天文單位,1400年可以運行1光年的距離。

銀河系波浪

科學(xué)家利用斯隆數(shù)字巡天的測光和光譜數(shù)據(jù),對銀河系的銀盤進行了研究。結(jié)果顛覆了教科書上銀河系的形象,表明銀盤存在波浪狀的結(jié)構(gòu),并且銀盤的尺寸也可能比傳統(tǒng)認為的更大。

傳統(tǒng)觀點認為,銀河系的銀盤應(yīng)該是一個平滑的盤,從銀心向外密度呈指數(shù)下降,而且在銀盤的上下兩側(cè)(或者說南北兩側(cè)),密度應(yīng)該是鏡像對稱的。2002年,美國倫斯勒理工學(xué)院的海蒂·紐伯格及其同事發(fā)現(xiàn),在銀盤的最外側(cè)邊緣存在恒星密集分布的團塊,這一成團子結(jié)構(gòu)被稱為麒麟座星環(huán)。后來,其他天文學(xué)家又在麒麟座星環(huán)以外發(fā)現(xiàn)了另一個類似的子結(jié)構(gòu),被稱為三角座-仙女座星流。

一個研究團隊對2002年斯隆數(shù)字巡天的觀測數(shù)據(jù)作了進一步分析,發(fā)現(xiàn)了另外兩個類似子結(jié)構(gòu)存在的跡象。這另外兩個子結(jié)構(gòu)位于麒麟座星環(huán)和我們的太陽之間。離太陽最近的子結(jié)構(gòu),距離銀心大約3萬光年,銀盤以北的恒星密度超出預(yù)期;另一個子結(jié)構(gòu)距離銀心大約4萬~4.5萬光年,銀盤以南的恒星密度超出預(yù)期。

它們分別命名為北近結(jié)構(gòu)和南中結(jié)構(gòu)。

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