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探识银河真面目 发表于 2010-09-25 Liz Kruesi　文　Shea　编译经过长达数个世纪的探索之后，现在天文学家们终于了解了我们银河系的旋臂。但还有更多的未知留待发现。 我们所在的银河系最显著的特征就是它的旋涡结构。虽然现在旋臂对于我们来说显然已经不陌生，但在以前却并非如此。因为我们就位于银河系之中，这使得探测它的结构变得极为困难。我们可以观测其他宏伟的旋涡星系，例如M51和MlOl，但这是从正向看过去的。当你身陷迷宫的时候，要想搞清楚它的结构就会难得多。 [图片说明]：红外波段下拍摄的银河系中心。尘埃和其他吸光物质会挡住可见光，因此天文学家必须利用红外线来穿透尘埃，探究银河系的秘密。版权：NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (SSC/Caltech)。 那么，天文学家们是如何解开银河系的结构的呢？他们又是如何探测银河系的旋臂和中央的棒的呢？天文学家的坚韧品格和探测手段的不断完善是取得突破的关键。通过观测不同类型的辐射——光学、射电和红外，天文学家能够辨认出旋臂的不同特征并最终拼接出它的全貌。 旋转银盘 对银河系的观测始于我们最熟悉的辐射形式——可见光。在18世纪80年代，威廉·赫歇尔（William Herschel）统计了夜空中不同区域中的恒星数量以此来估计银河系的形状和大小。在这一过程中，他为银河系是一个形似薄盘的恒星系统提供了首个证据。他注意到，在夜空中的银河里聚集了远比垂直于此方向多得多的恒星。因此，他认为这就是银河系的盘（银盘）。他还注意到“星云”（天空中的模糊光斑）在各个方向上的分布也是不均匀的——随着视线逐渐远离银盘平面（银道面），它们的数量会上升。他当时并不知道这是由于银盘中含有更多的尘埃、恒星和气体阻挡我们的视线所造成的。 [图片说明]：威廉·赫歇尔（William Herschel）统计选定区域中恒星的数量，绘制出了他的银河系图。他把太阳放在了靠近中心的地方（用较大的星形表示），因为当时的天文学家不知道银盘中还存在有尘埃和其他物质。版权：Unda Hall Library of Science. Engineering, and Technology。 前进的另一大步出现在一个多世纪后，当时天文学家们发现银盘在围绕一个中心旋转。而事实上，银河系有一个扁平的盘本身就预示了它正在旋转。这就像被甩到空中的面团。由于旋转，尽管开始时呈一个团块，但最终会变薄成盘状。相反地，被称为球状星团的大型恒星系统在银河系中则是球形分布的，这说明做为一个整体它们不绕银河系中心旋转。虽然单个球状星团具有随机运动，但把所有的球状星团看成一个整体，它是不转动的。 直到1927年天文学家发现了银河系旋转的证据。根据瑞典天文学家伯蒂尔·林德布拉德（Bertil Lindblad）的理论，荷兰天文学家扬·奥尔特（Jan Oort）将近距恒星的相对运动解释为银河系的旋转效应。 既然银盘在转动，那么它的中心在哪儿？在可见光下观测，人马座中的银盘明显要亮于其他部分。这意味着银心就在人马座方向。1918年美国天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）给出了其他的证据。他确定了69个球状星团的位置和距离。通过假设它们呈一个大致的球形分布，他发现它们运动的平均中心就在银道面的南侧。而且，由于球状星团在人马座方向上聚集度最高，他（正确地）假设这一中心就位于那里。在随后几十年里许多研究证实了这一发现，并为它补充了一点：我们的太阳距离银河系中心大约2.6万光年。 追踪旋臂 在恒星测量技术出现前，天文学家就怀疑银河系是一个旋涡星系，原因有二：银河系是一个扁平的系统；其中存在年轻的高温蓝色恒星。根据对其他旋涡星系的观测， 天文学家发现正是这些恒星形成区中的蓝色恒星构成了旋臂。 天文学家相信，旋臂是由穿行于星系盘中的“密度波”所造成的。相对于银道面中的物质，密度波的运动速度与之不同。因此就像高速公路上的堵车，当恒星、气体和尘埃进入密度波的高密度区（旋臂）时就会被挤压。正由于此，触发了恒星形成过程。当物质穿过这一区域之后，密度就会下降。 20世纪40年代后期，出生于德国的美籍天文学家沃尔特·巴德（Walter Baade）和美国天文学家尼古拉斯·梅奥尔（Nicholas Mayall）研究了仙女星系（M31）的旋臂结构，发现年轻的蓝色恒星及其周围的气体云（发射星云）可以用来追踪旋臂。于是，天文学家就此开始寻找这些旋臂的示踪天体。 [图片说明]：和银河系一样，M83也是一个棒旋星系。天文学家认为，如果我们从上往下看银河系，它可能会和M83类似。版权：ESO。 氢气体云中年轻高温蓝色恒星所发出的紫外辐射会电离周围的氢。电离氢会发出特定颜色（或波长）的辐射。天文学家会专门在这些波段上寻找电离氢。 1951年，天文学家们发现了银