七夕，望銀河
纖雲弄巧，飛星傳恨，銀漢迢迢暗度。金風玉露一相逢，便勝卻人間無數。柔情似水，佳期如夢，忍顧鵲橋歸路！兩情若是久長時，又豈在朝朝暮暮！
——秦觀 《鵲橋仙》
七夕快樂
2016.08.09
又是一年七夕至。七夕夜，銀河迢迢，群星璀璨。
當你抬頭仰望星空時，可以看到天穹上有一條相當寬的白茫茫的光帶，這就是人們常說的銀河。實際上，銀河就是銀河系在天球上的投影，這條光帶就是我們置身其內而側視銀河系時在可見光波段所看到的、布滿星星的圓面——銀盤的投影。我國古人稱它為「天河」或「銀河」或「星河」等，歐洲人則稱它為「乳白色的道路」（milk way）。
銀河經過的星座有仙后座、英仙座、御夫座、麒麟座、南船座、南十字座、人馬座、天鷹座、天鵝座、天琴座等，銀河寬窄不一，有地方寬度只有4°～5°，有地方可達30°，從天鵝座到人馬座的這一段，約為銀河全長的1/3。銀河分為兩叉。銀河系在不同波段可顯示出不同的特徵（圖1）。
圖1 不同波段獲取的銀河系信息
人們只要用一架小望遠鏡來觀測銀河，就可以看出它是由許許多多的恆星所組成的，只是由於距離太遠而無法用肉眼辨認出來。由於星光與星際塵埃混合在一起，因此銀河看起來就像一條煙霧籠罩著的光帶。銀河最亮的部分位於人馬座，恆星高度集中在銀河帶內，把望遠鏡朝著垂直於銀河的方向看去，星數便少得多，在天空上與人馬座相對的銀河位於御夫座、英仙座和獵戶座，這部分銀河並不壯觀。銀河是銀河系在天球上的投影，銀河系是以銀河命名的星系，是一個恆星系統。在可見光波段，人們對銀河繫結構常描述為一個中央凸起（稱為核球）的偏平薄盤（稱為銀盤），呈類透鏡星系或旋渦星系，現代有人提出是棒旋星系。如圖2所示。
圖2 銀河繫結構示意圖
銀盤
銀河系的物質，主要是恆星，在可見光波段獲悉，密集部分組成一個圓盤，稱為銀盤。銀盤的中心平面投影到天球上叫銀道面，銀盤中心隆起的部分叫銀河系核球。銀道面與天赤道相交成約63°.5。
據最新研究資料，銀盤直徑約8萬光年（近年研究結果為8.5萬光年，早期值是10萬光年），銀盤中間厚、外邊薄，中間的核球直徑約1萬光年，銀盤靠近核球的地方厚約3000～6000光年，邊緣僅1000光年，太陽在銀盤中位於距銀心大約2.4萬光年的地方，它到銀盤邊緣的距離為1.6～6.4萬光年不等，太陽附近的銀盤厚度約為3000光年。
銀暈
銀盤外面是一個範圍廣大、近似球狀分布的系統，稱為銀暈。銀暈的直徑逾10萬光年，密度比銀盤小。近年來，根據觀測可見物質的運動推斷，在恆星分布區之處，還存在一個巨大的大致呈球形的射電輻射區，稱為銀冕，其半徑可達30萬光年。
銀核
銀河系核球的中心部分是一個不大的緻密區，稱為銀核。銀核為扁球形，赤道半徑約30光年，極半徑20光年。銀核中心處又有一更小的核中之核，稱為內核心或銀心，半徑只有1光年左右。銀核能發出強射電輻射、紅外輻射、X射線和γ射線。
旋臂
銀盤中有旋臂，這是盤內氣體塵埃和年輕恆星集中的地方。觀測發現，大量的恆星和星際瀰漫物質都高度集中在旋臂上。據研究，太陽附近有一條旋臂稱獵戶臂，離銀心為1.04萬pc（1pc=3.0857×1016m），太陽離它的內邊緣只有幾千pc。在獵戶臂之外，還有一條英仙臂，包括著名的英仙座雙星團，離銀心約1.23萬pc。在銀心方向有一條人馬臂，離銀心約8700pc。離銀心3000pc處還有一條旋臂，大約以45km/s的速度向外膨脹，旋臂之間的氣體密度小得多，如圖3所示。據研究，銀河系的這些旋臂的「旋開」與「旋閉」還有一定的周期。
圖3 銀河系懸臂示意圖
銀河系中的天體運動比較複雜。觀測研究表明，距銀心較太陽近的恆星繞銀心運轉的速度比太陽快，距銀心較太陽遠的恆星運轉速度比太陽慢。銀河系中心部分的恆星密度較大，也是最活躍的區域，整個系統的質量絕大部分集中於中心，外圍部分的恆星繞銀心的運動，近似開普勒轉動。據資料，太陽所在的地方轉動速度近年研究是220km/s（早期是250km/s），太陽在大致正圓的軌道上繞銀心轉一周需要2.5億年，也稱宇宙年。位於銀盤內的其他恆星以不同的周期、近圓形軌道繞銀心轉動。
銀河系內的物質分布是不均勻的。既有年輕的恆星，又有年老的恆星；有可視物質，也有大量的暗物質，整個銀河系質量的估算與暗物質的發現有關。目前只根據銀河系轉動的資料，求得銀河系內物質的密度和銀河系的總質量。據估算，太陽軌道以內的銀河系的質量為1000億個太陽質量，如果一顆恆星的平均質量是太陽質量，那麼，銀河系近似有1000億顆恆星，這與恆星計數的值相一致。太陽軌道以外的銀河系還有大量天體，加上隱藏的暗物質，銀河系的總質量一定超過1000億個太陽質量。
把銀河系視面上各部分的光加起來，得到的累積亮度或累積星等的量，可以表達銀河系的光度。實際上，銀河系的累積亮度很難測定，目前得到的估算值是太陽光度的240億倍，累積絕對星等為-20.5等。
真實的銀河是這樣子的，它和你想像的或是看到的或許有些不同。Anyway，它很美，不是嗎？
本文由王芳摘編自餘明主編的《地球概論》（第二版）（科學出版社.2016.6）一書第3章，內容有刪節。
ISBN 978-7-03-048766-7
《地球概論》（第二版）首先引入天體和天體系統、天球和天球坐標的概念，並簡單介紹獲取天體信息的主要手段以及時間曆法；其次重點介紹天體的主體—恆星世界以及與地球有關的天體系統（如銀河系、太陽系和地月系等），再次討論了日月地、日地關係以及近地環境對地球的影響，以及敘述了地球運動及其所產生的地理意義，最後對地球整體性知識、地球的演化以及數字地球做了介紹。課程實驗指導和常用的數據安排在附錄中。本書可作為高等院校地理科學類、生態類等專業本科生的教材，同時也可供廣大熱愛地球科學的讀者閱讀、參考。
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