銀河係為何一直可以轉動？

最新 05-28

早年，天文學家對銀河系全面分析發現，銀河系還比較特別，中心有一個恆星組成的長達2.7萬光年的「恆星棒」，至少有10萬光年的半徑，而像這種中央區擁有類似棒狀結構的「同類分子」都被歸為棒狀漩渦星系(又稱棒旋星系)。

天文學家分析稱，當漩渦星系的引力密度波輸送的大量氣體進入到星系核心時，就會形成這種恆星組成的「棒」;與此同時，這也是恆星眾「新生子」的養料;更有那些幾乎在每個星系都盤踞著的大質量黑洞，亦不客氣地利用氣體攜帶來的「食物」而「大快朵頤」一番。

銀河系相當巨大，在其所處星系群中列居第二。它主要由質量和年齡不盡相同的數以千億計的恆星和星際介質(氣體和塵埃)所組成。它們大都密集地分布在銀河系對稱平面附近，其餘部分則散布在銀盤上下近於球狀的銀暈里。

恆星和星際介質在銀盤內也不是均勻分布的，而是更為密集地分布在由銀河中心伸出的幾個螺旋形旋臂內，成條帶狀。一般分布在旋臂內的恆星，年輕而富金屬。而散落在銀暈里的恆星則是年老而貧金屬的。其中最老的恆星年齡達150億年，有的恆星早已衰老並通過超新星爆發將內部所合成的含有重元素的碎塊連同灰燼一起噴射到銀盤上。

由於在棒旋結構星系中，上了點年紀的紅色恆星要遠多於年輕的藍色恆星，天文學家進一步預測認為：在中央出現了一根棒狀結構，意味著該旋渦星系已走過了作為高產出的「恆星工廠」階段，就像人從青年期正穩步邁入中年期一樣，正如我們所在的銀河系。

而在整個宇宙尚且年輕之時，旋渦星系中具有棒狀結構的不超過1/5，而現在棒旋星系的比例超過了2/3，這種觀測結果無疑與天文學家作出的理論預測相符。

棒旋星系在運動方面的特徵是，核心常為一個大質量的快速旋轉體，運動狀態和空間結構複雜，棒狀結構內部和附近的氣體和恆星都有非圓周運動;星系盤在星系的外部似乎居主要地位，占星系質量的很大一部分。

隨著地球在其軌道上移動，這些分子的變化可以映射更遠處的物體。測量這一轉變顯示出整個星系是如何轉動的，甚至可以提供關於銀河系質量的信息。

據物理學家組織網近日報道，天文學家假設，如果我們回到早期的宇宙中，一些地方有大量的氫和氦，密度比其他地區濃厚。在密集的地區，在星系形成初期，氣體聚集;最厚的區域坍塌成星形物。

研究人員說：「這些恆星很快燃燒成為球狀星團，但重力使其繼續崩潰成雲，接著，它們形成旋轉盤。這個旋轉的盤，憑藉著重力，吸引了更多的氣體和塵埃，形成盤狀星系。在盤內，新的恆星形成。而保持在原來雲的裙邊是球狀星團，以及由氣體、塵埃和暗物質組成的光環。」

也許你還是不明白銀河係為什麼轉動，小編給你舉個例子。如果你把麵糰像扔球一樣的拋到空中去，麵糰旋轉產生一個扁平的圓盤，就像一個披薩。銀河系會轉動，就是這個原理，你懂了嗎?

敢問銀河什麼樣?一般人都知道銀河像是兩個扣在一起的盤子，側面很薄，正面是個盤狀的漩渦。可是你有沒有想過，我們身在銀河中，又是如何知道銀河系的樣子的?

銀河系蝗蟲集群的真相銀河面貌何來?

「橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。不識廬山真面目，只緣身在此山中。」

這首名詩說明了身在其中的人難以總覽事物全貌的尷尬，真是真知灼見，太形象了!從古至今，人類都想知道天地什麼樣，但古人只能站在地球上觀察地球，那怎麼可能看出地球的真面貌呢?把圓地球看成是一片平地，於是古人認為「天圓地方」。

我們知道地球是球形的，因為跳出地球的衛星可以為我們拍到地球的照片。可是到現在，人類的探測器也才剛剛跨越太陽系邊緣，人類自己都不敢想何時才能跳出銀河系。那麼銀河系的面容圖到底是怎麼來的呢?

這些疑問確實點到了實處。有關銀河系的全貌圖不是望遠鏡看到、拍到的，而是科學家畫出來的，也就是說，銀河系的樣子是科學家推測出來的。

那麼，科學家的推測有沒有道理呢?其實在我們還沒有跳出地球的時候，人類就已經通過測量數據和航海經驗，推測出地球應該是球形的。待人類造的衛星跳出地球大氣層之後，拍攝到的地球真面容確實是球形的，證明了之前的推測。由此可見，雖然我們現在無法跳出銀河系來看銀河系的全貌，但根據已掌握的資料，也可以對銀河系的樣子作一些推測。

現在，就讓我們跟著科學家的思路，來推測銀河系的面容吧

銀河系側面像個凸透鏡

首先，我們通過望遠鏡的觀察，很容易推測出銀河系的側面模樣。

不過站在地球上，我們只能看到天空有一條銀色的飄帶，由於被大地擋住了視線，這並不是銀河系的整個側面，銀河側面完整的景象是望遠鏡升入太空後才觀察到的，那景象十分壯觀：整個天空就像一個大圓球包圍著我們，一條扁平細長的銀色條帶環繞整個天空，這道銀河把圓球形的天空一分兩半，每一半都是個半球!這容易理解，我們身在「河」中，就會看到四周都被「河」環繞。假如我們到了岸邊，就不是這景象了，就只會看到河是我們身旁的一條飄帶，我們的另一側就沒有飄帶環繞了。

由此可知，銀河系側面是扁平的，根據這條帶中間有些鼓的情況，可以推測，銀河系的側面應該是扁平而中間鼓凸的形象，很像一個凸透鏡的側面。

橢圓?漩渦?還是透鏡?

僅僅知道銀河系的側面是凸透鏡形狀，還只是很粗淺的認識。

我們觀察其他的星系會發現，有的是橢圓形狀的，叫做「橢圓星系」，橢圓星系的側面一般還是橢圓形，就像一枚鴨蛋一樣，側面從哪個方向看都是橢圓形，而銀河系側面是扁平的，因此銀河系應該不是橢圓星系。

有的星系是漩渦形狀的，叫做「漩渦星系」，漩渦星系的側面就像個凸透鏡，扁平而中間鼓凸，與銀河系的側面一樣，由此，科學家猜測，銀河系很可能是漩渦星系。

但是側面具有這種形象的星系還有其他情況，例如「透鏡星系」，整個星系看上去就像個凸透鏡，側面也是扁平而中間鼓凸，但正面卻像橢圓星系，是個圓盤或橢圓，看不出有旋臂。除了透鏡星系，還有一些罕見的星系，側面也與銀河系相似，但也不是漩渦星系，例如圓環星系，其正面則是一個大圓環環繞著中心的圓亮斑。但罕見星系太稀少了，因此科學家認為，銀河系即使不是漩渦星系，也是透鏡星系，不太可能是罕見星系。

另外，有很多漩渦星系或透鏡星系的中心還有個兩頭稍尖的棒子，銀河系的中心會不會也有根棒子呢?雖然關於星系中心的棒子，科學家不知道是怎麼形成的，但是星系中心的棒子卻很常見。

看來，要確定銀河繫到底是漩渦還是透鏡，主要是看有沒有旋臂。

銀河系旋臂在哪兒，氫知道

如何才能知道銀河系有沒有旋臂呢?所謂旋臂，就是恆星密集的地方。科學家早就發現，恆星密集的地方往往也是氣體雲密集的地方，通過探測其他星系，科學家觀察到的漩渦星系的旋臂與那個星系的氫氣體雲的分布圖差不多，漩渦星系的旋臂所在之處也是氣體雲集中的地方。那麼如果探測出銀河系的氫氣體雲分布，不就可以知道銀河系中恆星的分布情況了嗎?不就可以知道銀河系有沒有旋臂了嗎?

那麼，如何探測銀河系的氫氣體雲呢?

氫會在較高的溫度下發射一種波長為21厘米的光波，這是因為氫原子電子自轉方向變化時，從與原子核自轉同向，變成與原子核自轉反向後，就會釋放出波長為21厘米的紅外光。只有氫原子會放出這種波長的光，因此，通過這種光，就可以看到氫氣體雲。

但是這樣，望遠鏡也只能看到氫氣體雲在側面的分布情況，無法看到它在銀河盤面上分布的情況。

科學家自有辦法。因為銀河盤在自轉，盤面上不同部位的氫氣體雲轉動情況，在地球上看來，方向和速度肯定不同，物理學上有個「多普勒效應」，說的是一種波的波長會因為波源與觀察者之間的相對運動而改變。那麼根據氫氣體雲中波長的變化情況，科學家可以測出所觀察到的氫氣體雲相對於地球運動的速度和方向。

就像我們站在一個轉動的轉盤上時，轉盤上不同部位的物體的運動速度和方向相對於我們都不同。反過來，通過不同物體的不同速度，我們也可以推測出轉盤上的物體位於轉盤的什麼位置，但前提需要知道人站在轉盤上的位置。

因此，要想通過氫氣體雲的速度和方向推測出它們在銀河盤上的位置，還需要知道地球在銀河盤上的位置。

銀河系盤面上哪一點是我們?

根據銀河飄帶把天空分為兩個半球，我們首先可以知道，地球和太陽系位於銀河盤面內，而不是在銀河盤面的上方或下方。因為如果地球在銀河盤面的上方或下方的話，望遠鏡看到的銀河應該是橢圓形的，也不會正好把天空分為相等的兩半了，銀河會偏向一側，兩側的天空不一樣大。

這容易理解，就像我們看一個盤子，如果從側面去看，看到的是扁平的截面，但是若在盤子的上方或下方看的話，看到的是橢圓。在正上方看的話就是個圓了。銀河系也是這樣，我們若在銀河繫上方看，就會看到下面的天空被銀河系擋住了，而上面的天空又一覽無餘，或者是下面的天空大部分被銀河系擋住了，所以我們應該在銀河系的盤裡面。

可是我們具體是在銀河盤的哪個部位呢?

對於這個問題，100年前就有人思考過了。當時的科學家想，如果我們是在銀河盤的邊緣部位，那麼看到的星星分布，肯定是一側比另一側密集;如果我們是在銀河的中心部位，那麼環顧四周，星星的分布密度肯定差不多。這就像我們身在樹林中，如果位於樹林的邊緣地帶，那麼朝四周看，一邊看到的可能也就是幾顆樹，而朝另一個方向看，看到的是密密麻麻的樹木。

這個想法沒有錯，但是當時的科學家不知道銀河盤內還布滿了大量的氣體和塵埃，它們會對星光產生遮擋，使得我們無法看到銀河盤中遠方更多的星星，看到的只是一條星星分布密度差不多的銀河條帶包圍著地球，於是，根據上述樹林的例子來推測，100年前的科學家認為，地球是在銀河系的中心部位!

後來科學家才發現，銀河盤內還分布著大量氣體和塵埃。我們位於銀河中心的說法也就不可靠了。那麼到底銀河盤上的哪一點是太陽系呢?只觀察銀河的側面，我們是無法知道的。

銀河系中心的光暈有奧秘

一種神奇的星體幫了天文學家大忙，它們就是亮度發生周期性變化的造父變星。通過觀察造父變星的情況，可以測出銀河系周圍的各個星系所處的位置。之後，天文學家通過觀察一種特殊的星團即球狀星團的運動，獲知了銀河中心到底在哪裡。

我們向銀河盤兩側看，可以發現圍繞銀河中心的銀河暈，這個銀河暈是球狀星團組成的，球狀星團的運動與銀河盤內的星星運動根本不同，它們各有各的軌道，各有各的運動方向，銀河盤內的星星只是在水平的銀河盤內圍繞一個中心旋轉，而這些星團會上下運動、側向運動，什麼樣的軌道都有，但不管它們如何各自為政，運動如何沒有規律，卻能看出它們都在圍繞一個點旋轉。

而且越靠近這個點，球狀星團的密度越大，數量越多，於是在它們圍繞的那個點周圍形成了一個球形的光暈，叫「銀暈」。一般的星系中心都有一個球狀星團組成的光暈包圍著。很顯然，這些球狀星團圍繞的那個點，就是球形光暈的中心，就是銀河中心!

因為那裡是引力中心，一個星系的中心肯定是這個星系的引力中心。就像原子周圍的電子們運動也好像沒有規律，但卻都是以原子核為中心，也就是電子云有個中心，這中心就是原子核。

而這個中心距離地球的位置可以計算出來。首先銀河中心上方的某個星團與地球的距離可以用造父變星測出，之後根據三角關係就可以算出銀河中心與地球間的距離了。這樣，我們總算知道了地球所處的太陽系位於銀河盤面內，距離銀河中心大約2.6萬到2.8萬光年。

科學家還根據銀暈中垂直於盤面運動的球狀星團來作為參照，算出太陽系圍繞銀河中心旋轉的速度。因為這些球狀星團是垂直於盤面運動的，可以看作是豎在銀河盤面的一根標杆，從而可以算出太陽系圍繞銀河中心的速度大約是220千米/秒，也就是太陽系圍繞銀河中心轉一圈需要2.3億年。

銀河系棒子攪動的漩渦

知道了地球相對於銀河系中心的位置和運動情況後，根據氫氣體雲相對於地球的速度，就可以算出這些氫氣體雲相對於銀河中心的位置了。於是氫氣體雲在銀河盤面上的分布就呈現在科學家面前了：4條較粗大的旋臂在盤面上，大旋臂之間還夾雜著小的旋臂，太陽系則位於一條小旋臂上。於是，人類終於可以肯定地說，銀河系是漩渦星系。

但銀河中心有沒有棒子呢?通過上面的分析還無法知道。因此2005年之前的銀河系全貌圖所繪製的銀河系中心都是沒有棒子的。

直到2005年，斯皮策紅外望遠鏡升空兩年後，探測到了銀河系在紅外光下的形象。由於紅外線更容易透過氣體和塵埃，因此銀河中心的景象就展現在斯皮策望遠鏡中，給出了銀河系更真實的側面形狀，通過這個形象，科學家可以看出，銀河中心還真有個棒子形狀的星系棒，銀河系其實是漩渦星系中的一類——棒旋星系。而中心有棒子的星系一般只有兩個較大的旋臂，於是，科學家認為，他們根據氫氣體雲計算出的旋臂數量有誤差，之後他們重新宣布，銀河系其實是只有兩個大旋臂的棒旋星系。