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银河系

时间:2020-09-15    点击: 次    来源:986文章网    作者:佚名 - 小 + 大

——银河系
61.太阳系在银河系中的位置
见彩图银河系的全貌图。一为侧视图,一为俯视图其中标示的太阳就是我们的太阳系在银河系中的相对位置。银河系中间(图中实线)部分像一个凸透镜,其直径为 8~10 万光年,我们的太阳系大约在位于银心 2.7 万光年的地方。银河系厚为 1.6 万光年,太阳系所在处厚约为 3 干光年。在银河系对称平面附近,恒星的密度远比对称平面的地方大,并集结了大部分的星际物质,构成一个扁盘形区域,称为银盘。在银盘中叠加了若干条旋涡星系必定具备的旋臂。中央凸起的扁球叫做核球,而银河系的核心——银核,深深地隐藏在核球中央的一个很小的区域内。在银盘四周广阔的空间里散布着球状星团和天琴 RR 型星等天体,形成了一个近于球形的银河系的晕,称为银晕。此外,近年的研究表明,银河系可能被一个范围更大的银冕包围着。
银河系这个天体乐团的“演奏”是十分丰富多彩的,特别是银核,它除了可见光还有射电辐射,红外辐射,x 射线和γ射线辐射。因此,人们常采用多波段的综合观测来研究银核。
从观测得到的恒星的空间运动是相对于太阳的运动,是否这也是一种表观现象,就像地球是绕太阳旋转那样太阳是否也在绕银心旋转呢?银河系具有的扁盘形状也暗示着它作为一个庞大的恒星系统在绕通过银心且垂直于银道面的一条轴线快速自转。从观念上的猜想到观测上的确认是经过了大量的观测和分析才得到的。这也是科学和哲学间的最大差别。研究距银心的不同距离 R。处物质的运动速度 V。的变化关系可得到银河系的旋转曲线。通过旋转曲线的研究又可估计银河系的总质量。
一个天体系统其中心的转动规律应取决于系统内引力势的分布,即受物质分布的支配。例如,如果物质高度集中在中央,像太阳系那样,则转动遵循开普勒定律;如果系统呈球形,且物质均匀分布,则服从刚体转动的规律。
70  年代前,由于观测范围较小,当时建立的银河系的模型中,自转速度在太阳附近达到极大后,向外单调下降,趋于开普勒运动,推算出银河系的质量为 1.4×10■11M⊙。
70 年代末以来,情况有了很大的变化。观测表明,从太阳轨道向外,自转速度反而在增加,到 R=18 千秒差距处,V(R)增至 300 千米/秒(见图26)。对其他邻近星系的观测也有类似结果。它表明星系的物质应分布在比以前设想的大得多的区域里。对于银河系而言,在太阳轨道以外存在着大量的物质。计算表明银河系的质量比以前的推算大 10 倍以上。这对其他星系也一样。这个结果导致观测确定的宇宙中物质平均物质密度的大大增加。它为宇宙中存在大量不发光的暗物质的可能提供了观测基础。62.银河系中的各类星族及其分布
1944 年,巴德发现,用通常对蓝光敏感的底片对 M31 中央区域摄影却不可能获得单颗恒星的像。继而他使用对红光敏化的底片成功地将 M31 的中央区域及其附近的椭圆星系 M32 和 NGC205 分解为星。他对这些恒星绘制了赫罗图,发现它们绝大多数是红巨星,几乎没有主序星,它们同于太阳邻近的或疏散星团内的恒星,但跟球状星团内的恒星类似。于是他提出,像 M31 那样的星系中的恒星分属两个星族,称为星族Ⅰ和星族Ⅱ。对于银河系情况也相同。巴德认为,银盘内的大多数恒星属于星族Ⅰ,银晕以及核球中的恒星主要属于星族Ⅱ。

通过对两类星族的恒星分别作赫罗图,发现它们之间的差异是很大的。O型和 B 型星之类的十分年轻的恒星是星族Ⅰ的成员,按质量计的重元素丰度达 1~2%。而星族Ⅱ的恒星其丰度仅为前者的百分之一。这表明星族Ⅱ恒星是在银河系早期诞生的恒星,它们的重元素丰度小,年龄至今已很老了。而星族Ⅰ恒星是在后来形成的,由于一些老年恒星经过超新星爆发,使其演化过程中产生的重元素弥散在星际介质中,从而增加了新形成(星族Ⅰ)恒星的重元素丰度。可见星族的发现不仅为恒星的分类和研究其结构和演化提供了重要依据,而且也向着研究银河系和其他星系的结构和演化迈出了重要的一步。
63.银河系的年轮——银河系的次系
十分有趣甚至有些令人吃惊的是,恒星在星系中的轨道运动、位置及其年龄三者之间似乎存在着极其密切的联系:
(l)球状星团是我们银河系中最年长的成员,它们组成以星系核为中心的球状分布系统。其轨道速度很慢,轨道是偏心的,且与银道面相交的角度很大。
(2)O 型和 B 型星是最年轻的成员,它们组成几乎与银道面重合的极为扁平的系统。这两型恒星的轨道接近于圆形,轨道速度比其他类恒星都高。
(3)其他的恒星其性质在上面两种类型之间而在空间分布位置上也介于上述的球和扁平系统之间形成一个中介系统。
上述情况表明,银河系有些像树木一样保留着过去的“年轮”。最初,银河系处于由氢气云形成球状星团的年代,其形状颇像一个圆球,就和上述球状星团形成的系统形状十分相象。由于银河系的自旋(开始必定很慢)未形成恒星的气体加上一些较大质量的恒星形成超新星爆发后重新放回太空的气体逐渐被压成扁平,因此形成的第二代恒星就离银面较近且较球状为扁还具有较高的重元素丰度。而第三代恒星会比第二代更为甚之银河系中的三类分布形状的恒星所组成的系统也常被称为银河系的次
系。
64.银河系中的星云——天体的“民间艺人”
在银河系中除了各种星团外还有大量星际物质,它们可以被分为三大类:亮星云,暗星云及它们之间的星际气体和埃尘。
亮星云可分成反射亮星云和发射亮星云。反射亮星云是靠它反射附近恒星的光而发光,其形状大都不规则,具有吸收光谱的特征,即许多吸收线重迭于一个连续谱上。反射星云的光谱与位于其中并照亮星云的恒星的光谱很相似。著名的反射星云有昂星团星云(NGC1432),仙王座星云(NGC7023)和茧状星云(IC5146)等。发射星云其形状大小都不规则,而且往往没有明晰的边界,故又常称为漫发射星云。在这些星云中间通常都有一个或一团光谱型早于 B1 的高温恒星。这些恒星的丰富紫外线辐射使星云内的气体激发,从而产生光致电离而形成星云的发射线光谱。发射线星云中除了大量的炽热气体外还有少量的尘埃。近年来,通过射电观测,发现很多亮星云位于一个更大的暗星云中,如人马座大星云就包含有礁湖星云(M8),鹰星云(M16),欧米茄星云或称为马蹄星云(M17)和三叶星云(M20)。它们很可能就是恒星的胚胎。
在亮星云中还有一种通常所程的“行星状星云”(这个名称是不太妥当的)。这类星云中间有一颗温度很高的中心星。在已发现的 1500 个行星状星云中有少数形状像行星,一半以上如恒星。天文学家对其光谱作了广泛的研究。通过对谱线轮廓的分析可发现这类星云在膨胀。其典型膨胀速率值为 20 千米/秒。由行星状星云的大小可以估计星云从其中央开始被抛出的时间。很多观测证据表明行星状星云的中心星可能是白矮星。它说明行星状星云的出现正是恒星已进入晚年的象征。在银河系中,通过行星状星云进入星际空间的物质估计为 5M⊙/年。
暗星云既不反射所嵌含的恒星的光,自身也不发光的气体云称暗星云。猎户座天区里的马头星云就是一个著名的例子,形似马头的这团黑乎乎的气体只不过是遮掩了背后的发射星云。有如我国民间的皮影戏。读者是否想到神秘的天空倒有这样多的“民间艺人”侨居!
星际气体和尘埃除了上面讨论的几种情况,如果还有暗黑无光的气体存在,那么人们又如何去发现它并肯定它的存在呢?有两种情况:如果星际物质中含有尘埃颗粒,则光线会由于颗粒的散射效应而红化;又若星际物质由气体组成,星光一通过它,恒星光谱中就会出现附加的吸收线。星际气体中的元素丰度和宇宙中元素丰度是一致的,以氢为最多,其次为氦,其他元素甚微。而星际尘埃中一般由以下物质组成:(l)水,氨,甲烷等的冰状物;(2)二氧化硅,硅酸镁,三氧化二铁等;(3)石墨晶粒;(4)上述三种物质的混合物。近些年还发现很多有机高分子化合物。因此人们对生命的起源也认为与星际介质有关。

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