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銀河系(milky way galaxy),是由恆星和星系物質組成的巨大的、盤狀系統,太陽是該系統中的一員。銀河系中的眾多繁星的光形成了銀河,成為環繞夜空的外形不規則的發光帶。這條星光帶大體上位於銀盤平面上。銀河系是構成宇宙的億萬個星系中的一個。它擁有幾百億顆恆星和相當大量的星際氣體和塵埃。銀河系是星系類型中的旋渦星系一類的典型。它的核心周圍是一個巨大的中央核球,並有纏繞著它的旋臂。這些彎曲的旋臂使銀河系的外形看上去像是一個龐大的車輪。旋臂均勻沉陷在銀盤中。銀盤是銀河系的主要組成部分,直徑約70000光年。銀核為星際塵埃粒子屏蔽,它們吸收銀核輻射中的可見光和紫外光。因此銀河系是和人類關係很密切的一個宇宙天體。

1 銀河系 -基本概述

銀河系銀河

銀河系英文名稱為 The Milky Way galaxy 或The Milky Way system。   

銀河系側看像一個中心略鼓的大圓盤,整個圓盤的直徑約為10萬光年,太陽系位於距銀河系中心約2.6萬光年處。鼓起處為銀心是恆星密集區,故望去白茫茫的一片。銀河系俯視呈旋渦狀,有4條螺旋狀的旋臂從銀河系中心均勻對稱地延伸出來。銀河系中心和4條旋臂都是恆星密集的地方。比較大的旋臂有4條,但研究表明主要的旋臂只有兩條,另兩條都未發育完全)有十幾萬光年。中間最厚的部分約12000光年。 

太陽位於一條叫做獵戶臂的支臂上,距離銀河系中心約2.64萬光年,逆時針旋轉(太陽繞銀心旋轉一周約需要2.5億年)。銀河系的發現經歷了漫長的過程。望遠鏡發明后,伽利略首先用望遠鏡觀測銀河,發現銀河由恆星組成。而後,T.賴特、I.康德、J.H.朗伯等認為,銀河和全部恆星可能集合成一個巨大的恆星系統。 

18世紀後期,F.W.赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恆星計數的觀測,以確定恆星系統的結構和大小,他斷言恆星系統呈扁盤狀,太陽離盤中心不遠。他去世后,其子J.F.赫歇爾繼承父業,繼續進行深入研究,把恆星計數的工作擴展到南天。   

20世紀初,天文學家把以銀河為表觀現象的恆星系統稱為銀河系。J.C.卡普坦應用統計視差的方法測定恆星的平均距離,結合恆星計數,得出了一個銀河系模型。在這個模型里,太陽居中,銀河系呈圓盤狀,直徑8千秒差距,厚2千秒差距。H.沙普利應用造父變星的周光關係,測定球狀星團的距離,從球狀星團的分佈來研究銀河系的結構和大小。他提出的模型是:銀河系是一個透鏡狀的恆星系統,太陽不在中心。沙普利得出,銀河系直徑80千秒差距,太陽離銀心20千秒差距。這些數值太大,因為沙普利在計算距離時未計入星際消光。   

20世紀20年代,銀河系自轉被發現以後,沙普利的銀河系模型得到公認。銀河系是一個巨型棒旋星系(漩渦星系的一種),Sb型,共有4條旋臂。包含一、二千億顆恆星。銀河系整體作較差自轉,太陽處自轉速度約220千米/秒,太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河系的目視絕對星等為-20.5等,銀河系的總質量大約是我們太陽質量的1萬億倍,大致10倍於銀河系全部恆星質量的總和。這是我們銀河系中存在範圍遠遠超出明亮恆星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河系的年齡,普遍認為銀河系在宇宙大爆炸之後不久就誕生了,用這種方法計算出銀河系的年齡大概在145億歲左右,上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙大爆炸大約發生137億年前。另一說法,銀河直徑約為8萬光年。

2 銀河系 -星系全景

銀河系在天空上的投影像一條流淌在天上閃閃發光的河流一樣,所以古稱銀河或天河,一年四季都可以看到銀河,只不過夏秋之交看到了銀河最明亮壯觀的部分。銀河經過的主要星座有:天鵝座、天鷹座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人馬座、天蠍座、天壇府、矩尺座、豺狼座、南三角座、圓規座、蒼蠅座、南十宇座、船帆座、船尾座、麒麟座、獵戶座、金牛座、雙子座、御夫座、英仙座、仙后座和蠍虎座。銀河在天空明暗不一,寬窄不等。最窄只4°~5°,最寬約30°。北半球來說作為夏季星空的重要標誌,是從北偏東平線向南方地平線延伸的光帶——銀河,以及由3顆亮星,即銀河兩岸的織女星、牛郎星和銀河之中的天津四所構成的「夏季大三角」。夏季的銀河由天蠍座東側向北伸展,橫貫天空,氣勢磅磅極為壯美,但只能在沒有燈光干擾的野外(極限可視星等5.5以上)才能欣賞到。冬季的那邊銀河很黯淡(在獵戶座與大犬座)。2009年12月5日美國發表了繪製的最新紅外銀河系全景圖,該圖像是由80萬張斯皮策太空望遠鏡拍攝的圖片拼湊而成,全長37米。 

3 銀河系 -研究年表

銀河系銀河系

1750年—英國天文學家賴特(Wright Thomas)認為銀河系是扁平的。   

1755年—德國哲學家康德提出了恆星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體系統;隨後的德國數學家郎伯特(Lambert Johann heinrich)也提出了類似的假設。   

1785年—英國天文學家威廉·赫歇耳用「數星星」的方法繪製了一張銀河圖,在赫歇耳的銀河圖裡,銀河系是偏平的,被群星環繞,其長度為7000光年,寬1400光年。我們的太陽處在銀河系的中心,這是人類建立的第一個銀河系模型,它雖然很不完善,但使人類的視野從太陽系擴展到銀河系廣袤的恆星世界中。   

1845年—羅斯勛爵發現第一個漩渦星系M51。   

1852年—美國天文學家史帝芬·亞歷山大聲稱銀河系是一個漩渦星系,卻拿不出證據加以證明。   

1869年—英國天文學作家理查·普洛托克提出相同的見解,但一樣無法證實。   

1900年—荷蘭天文學作家科內利斯·伊斯頓公布銀河系漩渦結構圖,然而旋臂及銀心都畫錯了。   

1913年—科內利斯·伊斯頓再度公布錯誤的銀河系漩渦結構圖。   

1917年,美國天文學家沙普利(Harlow Shapley)用威爾遜山天文台的2.5米反射望遠鏡研究當時已知的100個球狀星團,通過觀測其中的造父變星來確定這些球狀星團的距離。他發現其中有1/3位於人馬座內,其餘的則基本上位於以人馬座為中心的半個天球上。他認為球狀星團分佈的這種表面上的不稱性,正是由於太陽不在銀河系中心所造成的,提出太陽系應該位於銀河系的邊緣。  

1922~1924年哈勃發現,星雲並非都在銀河系內。哈勃在分析M31仙女座大星雲一批造父變星的亮度以後斷定,這些造父變星和它們所在的星雲距離我們遠達幾十萬光年,因而一定位於銀河系外。這項於1924年公布的發現使天文學家不得不改變對宇宙的看法。   

1926年—瑞典天文學家林得·布拉德(Lindblad Bertil)分析出銀河系也在自轉。   

1927年,荷蘭天文學家奧爾特定量地測出了銀河系的較差自轉,進一步證明太陽確實不在銀河系中心。恆星圍繞銀心旋轉就像行星圍繞太陽一樣,並且距銀心近的恆星運動得快,距離遠的運動得慢。他算出太陽繞銀心的公轉速度為每秒220 公里,繞銀心一周要花2.5 億年。簡·奧爾特證實了銀河系是個漩渦星系,而且各旋臂越纏越緊。他還發現在銀河系中心,氣體雲向外移動。   

1929年—荷蘭天文學家巴特·博克計畫使用恆星計數法探測銀河系的結構,十多年後宣告失敗。   

1931年—巴德於威爾遜山天文台工作,並開始發展星族的概念。巴德發現在仙女座大星雲中,OB型超巨星只出現在旋臂中,因此建議測量銀河系中OB型恆星的距離,但是這類恆星大多遠在一千光年之外,無法用視差法測距。   

1943年—威廉·摩根(William Morgan)與光譜學家飛利浦.基南共同發表一套完整的光譜圖集來描述各種不同光譜型和光度級的恆星之光譜特徵,稱為MK(摩根—基南)分類系統。   

1947年—利用MK系統來描繪銀河系的旋臂。   

1950年—用49個OB型單星及三個OB型星群的距離,無法顯現出清楚的旋臂結構。同時受到巴德的啟發改而觀測描繪銀河系中的HII區,並用位於其中的OB型星來定出距離。通過電波觀測,發現銀河系的星際空間存在著大量氣體,尤其是中性氫,它們幾乎遍布整個銀河系,這些氣體發射波長為21厘米的電波。當人們弄清楚了這些中性氫氣雲在銀河系中的分佈后,他們便推測了銀河系的大致形狀,認為那是一個旋窩星系。   

1951年—科學家首次發現銀河系有3條旋臂。將HII區的位置畫在銀河系圖上,揭示了兩個旋臂,分別是獵戶臂及英仙臂,並在同年美國天文學會年會上發表,證明了銀河系屬於漩渦星系型態。   

1964年—美籍華裔科學家林家翹與徐遐生提出旋渦星系螺旋臂的維持密度波理論,初步解釋了旋臂的穩定性,他們建議螺旋臂只是螺旋密度波的顯示。他們假設恆星在細長的橢圓軌道上並且原來的軌道方向是互有關聯的,也就是說,橢圓以很平順的方式隨著與核心距離的增加逐漸改變了他們的方向。這就是圖中所說明的,很清楚的觀察到橢圓軌道在某些區域緊密結合在一起的」現象」就是螺旋臂。因此恆星並不是永遠保持在我們現在所看見的位置,他們只是在軌道上移動時經過螺旋臂。二擇一的另一個被推薦的假說是星系的運動造成恆星陷入波浪中,因為形成時最亮的恆星也會最快死亡,便會在波的後方形成黑暗的區域,因而使得波被看見。 

二十世紀七八十年代,人們探測銀河系一氧化碳分子的分佈,又發現了第四條旋臂,它跨越狐狸座和天鵝座。1976 年,兩位法國天文學家繪製出這四條旋臂在銀河系中的位置,分別是圓規座旋臂、盾牌座-半人馬座旋臂、人馬座旋臂和英仙座旋臂。   

1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河系中心區的紅外觀測和其他性質,指出銀河系中心的能源應是一個黑洞。   

1982年—美國天文學家賈納斯和艾德勒完成對銀河系434 個銀河星圖的圖表繪製,發表了每個星團的距離和年齡數字。他們發現,銀河系並沒有旋渦結構,而只是一小段一小段地零散旋臂,漩渦只是一種「幻影」,這裡因為銀河系各處產生的恆星總是沿銀河系旋轉方向形成一種「串珠」。而不斷產生的新恆星連續地顯現著渦旋的幻影。   

1989年—太陽離銀心到底有多遠?這個所謂的「銀心距」,對於銀河系來說,是個基本的和重要的參數。自1918年以後的70來年間,一直有人根據球狀星團的空間分佈等方式進行探討。許多人設法運用不同的方式研究。科學家們得出的數值不相同,最小為22800光年,最大為27700光年。1989年得出的結果是24400光年,上下可能各有3000光年的誤差。照這樣說來,太陽和太陽系天體都在銀河系中比較靠近中間的地方。   

2004年—天文學家使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆星交替的時間往前推進了2至3億年,因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲,因此銀河系的年齡不會低於136±8億歲。   

2005年—科學家用斯皮策(史匹哲)紅外太空望遠鏡對銀河系中心進行了一次全景式掃描,他們分析了掃描得到的數據后認為,銀河系的中心是一個棒狀結構。天文學家說,這個棒狀體長約2.7萬光年,比早先的猜測長7000光年,它所指的方向相對於太陽和銀心連線之間的夾角約為45度。這一研究成果證實了早先人們對銀河系形狀的猜想:銀河系不是一個簡單的旋渦星系,而是一個有棒狀星核的SBc棒旋星系(旋臂寬鬆的棒旋星系),總質量大約是太陽質量的6,000億至30,000億倍。有大約1,000億顆恆星。銀河的盤面估計直徑為100,000光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,000光年,盤面在中心向外凸起。   

2006年—銀河系銀暈的外面還有一個範圍更大的物質分布區——暗暈,那是科學家們十分關注的地方,因為暗暈中可能存在著大量的暗物質。2006年1月,科學家宣布說,他們已證實銀河系發生了彎曲變形,而導致其變形的力量來自環繞其外圍的暗物質激蕩。科學家解釋說,暗物質雖然看不見,但它們的質量可能是銀河系中可見物質的20倍,所以對銀河系中天體的影響是不可小視的。  

2008年—另外一個另人關注的問題是「人馬座A*(Sagittarius A*)」:一個讓人困惑多年的位於銀心的射電發射源。天文學家一直懷疑那是存在於銀河系中心的巨大黑洞,但始終沒得到確鑿的證實。2008年,科學家宣布說,他們通過觀測證實銀心中的確存在著黑洞。科學家花了16年時間在智利的歐洲南方天文台追蹤圍繞銀心運行的28顆恆星,從而證實了黑洞的存在,因為黑洞影響著這些恆星的運行。探測表明,這個名為「人馬座A*」的巨型黑洞,其質量是太陽的400萬倍,距離地球大約2.7萬光年。   

2008年—最新的研究表明,銀河系只有兩條主旋臂,這兩條主旋臂就是英仙座旋臂和盾牌座-半人馬座旋臂,它們都與銀河系核球中心的恆星棒連接著。這一認識來自2008年6月3日公布的一幅由斯皮策(史匹哲)紅外太空望遠鏡拍攝的銀河系照片,這是人類迄今為止拍攝到的最為詳細也是最大的一幅銀河系照片,它由80萬張圖片組合而成,全長達55米,解析度比此前最為清晰的銀河系照片高100倍。在這幅圖片的幫助下,科學家對銀河系進行了恆星計數,他們在計數后認為銀河系只兩條主要旋臂。在依據此項研究繪製的銀河全圖上,人們看到兩條源於核球的主旋臂,太陽依然位於銀河系接近邊緣的地方,它的具體位置是獵戶座旋臂的內側,這是一條小旋臂,處於人馬座臂和英仙座臂之間。人馬臂和矩尺臂絕大部分是氣體,只有少量恆星點綴其中。

4 銀河系 -特徵

銀河系星團

銀河系是一個中間厚,邊緣薄的扁平盤狀體。他的主要部分稱為銀盤,是一個漩渦狀。它的總質量約有太陽的一萬億倍,直徑約為十萬光年,中央厚約1萬光年,邊緣厚約3000-6000光年。太陽約處於與銀河系中心距離約27,700光年的位置。

銀河系是太陽系所在的恆星系統,包括一二千億顆恆星和大量的星團、星雲,還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的總質量是太陽質量的1400億倍。在銀河系裡大多數的恆星集中在一個扁球狀的空間範圍內,扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫「核球」,半徑約為7千光年。核球的中部叫「銀核」,四周叫「銀盤」。在銀盤外面有一個更大的球形,那裡星少,密度小,稱為「銀暈」,直徑為7萬光年。銀河系是一個旋渦星系,具有旋渦結構,即有一個銀心和兩個旋臂,旋臂相距4500光年。其各部分的旋轉速度和周期,因距銀心的遠近而不同。太陽距銀心約2.3萬光年,以250千米/秒的速度繞銀心運轉,運轉的周期約為2.5億年。

銀河系物質約90%集中在恆星內。恆星的種類繁多。按照恆星的物理性質、化學組成、空間分佈和運動特徵,恆星可以分為5個星族。最年輕的極端星族Ⅰ恆星主要分佈在銀盤裡的旋臂上;最年老的極端星族Ⅱ恆星則主要分佈在銀暈里。恆星常聚集成團。除了大量的雙星外,銀河系裡已發現了1000多個星團。銀河系裡還有氣體和塵埃,其含量約佔銀河系總質量的10%,氣體和塵埃的分佈不均勻,有的聚集為星雲,有的則散布在星際空間。20世紀60年代以來,發現了大量的星際分子,如CO、H2O等 。分子云是恆星形成的主要場所。銀河系核心部分,即銀心或銀核,是一個很特別的地方。它發出很強的射電、紅外,X射線和γ射線輻射。其性質尚不清楚,那裡可能有一個巨型黑洞,據估計其質量可能達到太陽質量的幾千萬倍。對於銀河系的起源和演化,知之尚少。

1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河系中心區的紅外觀測和其他性質,指出銀河系中心的能源應是一個黑洞,並預言如果他們的假說正確,在銀河系中心應可觀測到一個尺度很小的發出射電輻射的源,並且這種輻射的性質應與人們在地面同步加速器中觀測到的輻射性質一樣。1974年,人馬A被發現了。

銀河系基於2MASS的觀測數據的銀河系紅外線畫像

人馬A有極小的尺度,只相當於普通恆星的大小,發出的射電輻射強度為2*10(34次方)爾格/秒,它位於銀河系動力學中心的0.2光年之內。它的周圍有速度高達300公里/秒的運動電離氣體,也有很強的紅外輻射源。已知所有的恆星級天體的活動都無法解釋人馬A的奇異特性。因此,人馬A似乎是大質量黑洞的最佳候選者。

螺旋星系M83,它的大小和形狀都很類似於我們的銀河系。銀盤外面是由稀疏的恆星和星際物質組成的球狀體,稱為銀暈,直徑約10萬光年。

銀河系有4條旋臂,分別是人馬臂,獵戶臂,英仙臂,3000秒差距臂。太陽位於獵戶臂內側。旋臂主要由星際物質構成。銀河系也有自轉。太陽系以每秒250千米速度圍繞銀河中心旋轉,旋轉一周約2.2億年。銀河系有兩個伴星系:大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。與銀河系相對的稱之為河外星系。

一般認為,銀河系中的恆星多為雙星或聚星。而2006年新的發現認為,銀河系的主序星中2/3都是單星。

5 銀河系 -年齡

依據歐洲南天天文台(ESO)的研究報告,估計銀河系的年齡約為136億歲(1010年),幾乎與宇宙一樣老。

由天文學家Luca Pasquini, Piercarlo Bonifacio, Sofia Randich, Daniele Galli, and Raffaele G. Gratton.所組成的團隊在2004年使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆星交替的時間往前推進了2至3億年,因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲,因此銀河系的年齡不會低於136±8億歲。

6 銀河系 -結構

銀河系銀河繫結構

銀河系的總體結構是:銀河系物質的主要部分組成一個薄薄的圓盤,叫做銀盤,銀盤中心隆起的近似於球形的部分叫核球。在核球區域恆星高度密集,其中心有一個很小的緻密區,稱銀核。銀盤外面是一個範圍更大、近於球狀分佈的系統,其中物質密度比銀盤中低得多,叫作銀暈。銀暈外面還有銀冕,它的物質分佈大致也呈球形。

觀測到的銀河旋臂結構2005年,銀河系被發現以哈柏分類來區分應該是一個巨大的棒旋星系SBc(旋臂寬鬆的棒旋星系),總質量大約是太陽質量的6,000億至30,000億倍。有大約1,000億顆恆星。

從80年代開始,天文學家才懷疑銀河是一個棒旋星系而不是一個普通的螺旋星系。2005年,斯必澤空間望遠鏡證實了這項懷疑,還確認了在銀河的核心的棒狀結構與預期的還大。

銀河的盤面估計直徑為100,000光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,000光年,盤面在中心向外凸起。
銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構,因此強烈懷疑它有超重質量黑洞,因為已經有許多星系被相信有超重質量黑洞在核心。就像許多典型的星系一樣,環繞銀河系中心的天體,在軌道上的速度並不由與中心的距離和銀河質量的分佈來決定。在離開了核心凸起或是在外圍,恆星的典型速度是每秒鐘210~240公里之間。因此這星恆星繞行銀河的周期只與軌道的長度有關,這與太陽系不同,在太陽系,距離不同就有不同的軌道速度對應著。

銀河的棒狀結構長約27,000光年,以44±10度的角度橫亘在太陽與銀河中心之間,他主要由紅色的恆星組成,相信都是年老的恆星。被觀察到與推論的銀河旋臂結構每一條旋臂都給予一個數字對應(像所有旋渦星系的旋臂),大約可以分出12段。相信有四條主要的旋臂起源自銀河的核心,它們的名稱如下:

2 and 8 - 3kpc 和 英仙臂
3 and 7 - 距尺臂 和 天鵝臂 (與最近發現的延伸在一起 - 6)
4 and 10 - 南十字座 和 盾牌臂
5 and 9 - 船底座 和 人馬臂

至少還有兩個小旋臂或分支,包括:
11 - 獵戶臂 (包含太陽和太陽系在內 - 12)

在主要的旋臂外側是外環或稱為麒麟座環,這是天文學家布賴恩·顏尼 (Brian Yanny)和韓第·周·紐柏格(Heidi Jo Newberg)提出,是環繞在銀河系外由恆星組成的環,其中包括在數十億年前與其他星系作用誕生的恆星和氣體。

銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍著,估計直徑在250,000至400,000光年。由於盤面上的氣體和塵埃會吸收部份波長的電磁波,所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面(特別是旋臂)是恆星誕生的活耀區域,但是銀暈中沒有這些活動,疏散星團也主要出現在盤面上。

銀河系銀盤

銀河中大部分的質量是暗物質,形成的暗銀暈估計有6,000億至3兆個太陽質量,以銀河為中心被聚集著。

新的發現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加,比早先經由仙女座星系(M31)的盤面所獲得的更多。最近新發現的證據,證實外環是由天鵝臂延伸出去的,明確的支持銀河盤面向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星系的發現,與在環繞著銀極的軌道上的星系碎片,說明了他因為與銀河的交互作用而被扯碎。同樣的,大犬座矮星系也因為與銀河的交互作用,使得殘骸在盤面上環繞著銀河。

在2006年1月9日,Mario Juric和普林斯頓大學的一些人宣布,史隆數位巡天在北半球的天空中發現一片巨大的雲氣結構(橫跨約5,000個滿月大小的區域)位在銀河之內,但似乎不合於所有的銀河模型。他將一些恆星匯聚在垂直於旋臂所在盤面的垂在線,可能的解釋是小的矮星系與銀河合併的結果。這個結構位於室女座的方向上,距離約30,000光年,暫時被稱為室女恆星噴流。

在2006年5月9日, Daniel Zucker 和 Vasily Belokurov宣布史隆數位巡天在獵犬座和牧夫座又發現了兩個矮星系。 

7 銀河系 -研究概論

銀河系美國天文學家沙普利
古代探索史

雖然從非常久遠的古代,人們就認識了銀河系。但是對銀河系的真正認識還是從近代開始的。1750年,英國天文學家賴特(Wright Thomas)認為銀河系是扁平的。1755年,德國哲學家康德提出了恆星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體系統;隨後的德國數學家郎伯特(Lambert Johann heinrich)也提出了類似的假設。到1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳繪出了銀河系的扁平形體,並認為太陽系位於銀河的中心。

1918年,美國天文學家沙普利(Harlow Shapley)經過4年的觀測,提出太陽系應該位於銀河系的邊緣。1926年,瑞典天文學家林得布拉德(Lindblad Bertil)分析出銀河系也在自轉。

近代研究

十八世紀中葉, 賴特、康德和朗伯特最先認為,很可能是全部恆星集合成了一個空間上有限的巨大系統。

第一個通過觀測研究恆星系統本原的是F.W.赫歇耳。 他用自己磨製的反射望遠鏡,計數了若干天區內的。 1785年,他根據恆星計數的統計研究,繪製了一幅扁而 平、輪廓參差、太陽居其中心的銀河繫結構圖。他用50 厘米和120厘米口徑望遠鏡觀測,發現望遠鏡貫穿本領增 加時,觀察到的暗星也增多,但是仍然看不到銀河系的邊緣。F.W.赫歇耳意識到,銀河系遠比他最初估計的為大。F.W.赫歇耳死後,其子J.F.赫歇耳繼承父業,將恆星計數工作範圍擴展到南半天。十九世紀中葉,開始測定恆星的距離,並編製全天星圖。1906年,卡普坦為了重新研究恆星世界的結構,提出了「選擇星區」計劃,后 人稱為「卡普坦選區」。他於1922年得出與F.W.赫歇耳的類似的模型,也是一個扁平系統,太陽居中,中心的恆星密集,邊緣稀疏。沙普利在完全不同的基礎上,探討銀河系的大小和形狀。他利用1908~1912年勒維特發現的麥哲倫雲中造父變星的周光關係,測定了當時已發現有造父變星的球狀星團的距離。在假設沒有明顯星際消光的前提下,於1918年建立了銀河系透鏡形模型,太陽不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公認。由於未計入星際消光效應,沙普利把銀河系估計過大。到1930年,特朗普勒證實星際物質存在後,這一偏差才得到糾正。

銀河系物質約90%集中在恆星內。1905年,赫茨普龍發現恆星有巨星和矮星之分。1913年,赫羅圖 問世后,按照光譜型和光度兩個參量,得知除主序星外,還有超巨星、巨星、亞巨星、亞矮星和白矮星五個分支。 1944年,巴德通過仙女星系的觀測,判明恆星可劃分為 星族Ⅰ和星族Ⅱ兩種不同的星族。星族Ⅰ是年輕而富金屬的天體,分佈在旋臂上,與星際物質成協。星族Ⅱ是 年老而貧金屬的天體,沒有向銀道面集聚的趨向。1957年,根據金屬含量、年齡、空間分 布和運動特徵,進而將兩個星族細分為中介星族Ⅰ、旋臂星族(極端星族Ⅰ)、 盤星族、中介星族Ⅱ和暈星族(極端星族Ⅱ)。

銀河系《銀河系》攝影師比爾-唐在約書亞樹國家公園拍攝到銀河系的壯觀場景。
恆星成雙、成群和成團是普遍現象。在太陽附近25 秒差距以內,以單星形式存在的恆星不到總數之半。迄 今已觀測到球狀星團132個,銀河星團1,000多個,還有為 數不少的星協。據統計推論,應當有18,000個銀河星團 和500個球狀星團。二十世紀初,巴納德用照相觀測,發現了大量的亮星雲和暗星雲。1904年,恆星光譜中電離鈣譜線的發現,揭示出星際物質的存在。隨後的分光和偏振研究,證認出星雲中的氣體和塵埃成分。通過紅外波段的探測發現在暗星雲密集區有正在形成的恆星。射電天文學誕生后,利用中性氫21厘 米譜線勾畫出銀河系旋渦結構。根據電離氫區的描繪,發現太陽附近有三條旋臂:人馬臂、獵戶臂和英仙臂;太陽位於獵戶臂的內側。此外,在銀心方向還發現了一條3千秒差距臂。旋臂間的距離約1.6千秒差距。1963年,用射電天文方法觀測到星際分子OH,這是自從1937~1941年間,在光學波段證認出星際分子CH、CN和CH+以來的重 大突破。到1979年底,發現的星際分子已超過50種。

關於太陽附近老年恆星空間運動的資料表明,在原銀河星雲的坍縮過程中,最早誕生的是暈星族,它們的年齡是100多億年,化學成分是氫約佔73%,氦約佔27%。而大部分氣體物質集聚為銀盤,並隨後形成盤星族。

8 銀河系 -常用數據

質量≈10E11太陽質量   

直徑≈100千秒差距   

銀心方向:α=17h42m.5,δ=-28°59′   

太陽距銀心≈9千秒差距   

北銀極:α=12h49m, δ=-27°2'   

太陽處銀河系旋轉速度≈250公里/秒   

太陽處銀河系旋轉周期≈220E6年   

相對於3K背景的運動速度≈600公里/秒   

(朝向α=10h,δ=-20°方向) 

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