人类源流——银河系2
2.银心:星系的中心凸出部分,是一个很亮的球状,直径约为两万光年,厚一万光年,这个区域由高密度的恒星组成,主要是年龄大约在一百亿年以上老年的红色恒星,很多证据表明,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。银河系的中心﹐即银河系的自转轴与银道面的交点。
银心在人马座方向﹐1950年历元坐标为:赤经174229,赤纬 -28°5918。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10千秒差距,位于银道面以北约8秒差距。银心与太阳系之间充斥着大量的星际尘埃﹐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微米到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4千秒差距处o有氢流膨胀臂﹐即所谓“三千秒差距臂”(最初将距离误定为3千秒差距,后虽订正为 4千秒差距﹐但仍沿用旧名)。大约有 1﹐000万个太阳质量的中性氢﹐以每秒53公里的速度涌向太阳系方向。在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以每秒135公里的速度离银心而去。它们应是1,000万至1,500万年前﹐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,以每秒70~140公里的速度向外膨胀。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﹐则有激烈扰动的电离氢区,也以高速向外扩张。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10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形式出现的。腥巳衔o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﹐于是产生同步加速辐射。银心气体的运动状态﹑银心强射电源以及有强烈核心活动的特殊星系(如塞佛特星系)的存在﹐使我们认为﹕在星系包括银河系的演化史上﹐曾有过核心激扰活动﹐这种活动至今尚未停息。
3.银晕:银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内,银晕直径约为九万八千光年,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,称为银冕,银冕至少延伸到距银心一百千秒差距或三十二万光年远。
银河系是一个透镜形的系统,直径约为25千秒差距,厚约为1~2千秒差距。它的主体称为银盘。高光度星、银河星团和银河星云组成旋涡结构迭加在银盘上。银河系中心为一大质量核球,长轴长4~5千秒差距,厚4千秒差距。银河系为直径约30千秒差距的银晕笼罩。银晕中最亮的成员是球状星团。银河系的质量为1.4×1011太阳质量,其中恒星约占90%,气体和尘埃组成的星际物质约占10%。银河系整体作较差自转。太阳在银道面以北约8秒差距处距银心约10千秒差距,以每秒250公里速度绕银心运转,2.5亿年转一周。太阳附近物质(恒星和星际物质)的总密度约为0.13太阳质量/秒差距3或 8.8×10-24克/厘米3。银河系是一个Sb或Sc型旋涡星系,拥有一、二千亿颗恒星,为本星系群中除仙女星系外最大的巨星系。它的视绝对星等为Mv=-20.5。它以 1010年的时间尺度演化。
4.银河宇宙线(galactic cosmic rays)是指来自银河系的高能粒子,这些粒子在进入地球磁场控制的区域之前称为初始宇宙线。通常初始宇宙线的强度变化很小,只在太阳活动非常剧烈的时候,太阳风暴经过的区域银河宇宙线的强度才会出现大幅度的下降。从长时间看,银河宇宙线强度受太阳活动的影响有 5 年左右和 11 年左右的周期。在太阳活动高年,银河宇宙线的强度最低,在太阳活动低年,银河宇宙线的强度最高,即太阳活动的周期与银河宇宙线强度的周期几乎是反相的。
银河宇宙线的化学组成与太阳的化学组成非常相似。但例外的是轻元素(Li、 Be、B)和周期表中在Fe以前的元素丰度特别高,这是银河宇宙线中的元素(C、N、O)和Fe与星际气体相互作用,发生核反应的结果。
银河宇宙线中C、N、O、Mg、Si、 Fe的同位素丰度与太阳系中的丰度是一致的。但是(Ne/(Ne是例外,其值为0.49,约为太阳系的值的4倍。(Ne是C、N、O、 He的核燃烧产物,而(Ne像太阳系那样是碳核燃烧的产物。银河宇宙线中(Ne比较丰富,说明它的来源可能是超新星爆发的产物。
银河宇宙线能量超过 1010电子伏的宇宙线,绝大部分起源于银河系。在中、低纬度地面观测到的宇宙线,主要也是银河宇宙线及其与大气相互作用产生的次级宇宙线。
宇宙线的主要核成分是氢和氦。动能在2.4×109电子伏以上的粒子中,氢和氦分别占94%和5.5%,其它元素只占0.5%。这种成分比例常称为宇宙线元素丰度。
银河宇宙线的化学组成与太阳的化学组成非常相似。但例外的是轻元素(Li、Be、B)和周期表中在Fe以前的元素丰度特别高,这是银河宇宙线中的元素(C、N、O)和Fe与星际气体相互作用,发生核反应的结果。
银河宇宙线中C、N、O、Mg、Si、 Fe的同位素丰度与太阳系中的丰度是一致的。但是22Ne/20Ne是例外,其值为0.49,约为太阳系的值的4倍。22Ne是C、N、O、 He的核燃烧产物,而 20Ne像太阳系那样是碳核燃烧的产物。银河宇宙线中22Ne比较丰富,说明它的来源可能是超新星爆发的。
四、太阳在银河系中的位置
太阳(包括地球和太阳系)都在猎户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。我们的太阳与太阳系,正位在科学家所谓的银河的生命带。
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,我们目前在接近近银心点(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/s,换言之每8天就可以移动1天文单位,1400年可以运行1光年的距离。
五、银河系的周边星系
NGC 7331经常被视为'银河的双胞胎',从银河系之外回顾我们的银河或许就是这个样子。银河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,这个群总共约有50个星系,而本地群又是室女座超星系团的一份子。
银河被一些本星系群中的矮星系环绕着,其中最大的是直径达21,000光年的大麦哲伦云,最小的是船底座矮星系、天龙座矮星系和狮子II矮星系,直径都只有500光年。其它环绕着银河系的还有小麦哲伦云,最靠近的是大犬座矮星系,然后是人马座矮椭圆星系、小熊座矮星系、玉夫座矮星系、六分仪座矮星系、天炉座矮星系和狮子I矮星系。
六、穿过空间的速度
一般而言,根据爱因斯坦的狭义相对论,任何物体通过空间时的绝对速度是没有意义的,因为在太空中没有合适的惯性参考系统, 可以作为测量银河速度的依据(运动的速度, 总是需要与另一个物体比较才能量度)。
因为各向宇宙微波背景辐射非常的均匀, 只有万分之几的起伏. 所以就让乔治·斯穆特想到了一个方法, 就是测量宇宙微波背景辐射有没有偶极异向性。
在1977年, 美国劳伦斯伯克莱国立实验室的乔治·斯穆特等人, 将微波探测器安装在U-2侦察机上面, 确切地测到了宇宙微波背景辐射的偶极异向性, 大小为 3.5±0.6 mK, 换算后, 太阳系在宇宙中的运动速度约为 390±60 km/s, 但这个速度, 与太阳系绕行银河系核的速度 220 km/s 方向相反, 这代表银河系核在宇宙中的速度, 约为600 多km/s。
有鉴于此,许多天文学家相信银河以每秒600公里的速度相对于邻近被观测到的星系在运动,大部份的估计值都在每秒130~1,000 公里之间。如果银河的确以每秒600公里的速度在运动,我们每天就会移动5,184万公里,或是每年189 亿公里。相较于太阳系内,每年移动的距离是地球与冥王星最接近时距离的4.5倍。银河在空间中运动的方向是指向长蛇座的方向。