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天文大发现
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银河系在转动 银河系转动吗？为了回答这个问题，先让我们来看看两种不同的转动方 式。 一种是非常常见的所谓刚体式转动，像车轮、轴承、儿童乐园里的转盘 车的转动都属于这种形式。刚体式转动的特点，是任何一点绕转动轴一圈所 花的时间与其他点相同，因而离转动轴越远处转动的线速度 （以“米/秒”为 标准单位的速度）越大，它走的路程长于离转动轴近的地方在相同时间所走 的路程。请你想象一下，你和另外两个人站在大转盘的任意三个位置上不动， 那么当转盘分别以快速、慢速转动时，你看另外两个人和你距离变了吗？方 位差变了吗？显然都没变，这是因为，刚体式转动中的任意两点之间的相对 位置不变。 另一种转动方式是较差式转动，又叫开普勒转动，太阳系的九大行星绕 太阳作开普勒转动：离太阳越远的行星转动周期越长。离太阳最远的冥王星 转动一周约需 248年，在这么长的时间里离太阳最近的水星已转了近 1000 圈了。显然，这类转动中点与点之间的相对位置会因转动周期不同而发生变 化。 回过头来再谈谈我们的话题银河系的转动吧。从稳定性来说，以扁平的 银盘为主体的银河系应该有自转才能维持其长久的旋涡状态，所以有自转是 肯定的，问题在于采取什么样的自转方式。如果银河系是刚体自转的，那么 我们就看不出其他恒星绕银心的转动，因为恒星之间的相对位置因刚体式自 转而无改变；如果银河系作开普勒式转动，恒星之间就应有相对运动，统计 出恒星的自行就能证实这一猜测。1926年，瑞典的林德布拉德（B.Lindblad） 证明了银河系有绕人马座方向的银心普遍自转；1927年，荷兰的奥尔特 （H.Oert）利用观测资料推导出著名的银河系较差的自转的奥尔特公式。 综合分析各种观测资料，得出银河系核球部分是刚体式的自转，核球以 外就是较差自转。现在还测得太阳绕银心的转速为每秒250千米，又知道它 离银心约3万光年，就是说它绕银心转一圈约需2.5亿年。 银河系的中心 银河系透镜状银盘的中心微凸部分就是它的核球，呈椭球形状，长轴4～ 5万光年，厚约4万光年。由于光学观测受星际消光的影响——银心及附近 方向尤为严重，我们得到的关于核球的资料主要来自穿透力强的射电波段、 红外波段观测，专用卫星上天还获得了X射线，γ射线观测资料。 关于银河系核球里的恒星是哪个星族的——是老年星还是青年星，尚未 取得一致看法，但持 “大爆炸”宇宙论观点的学者认为，既然银河系也在不 断膨胀，那么越靠近银心也许带着越多的银河系形成的早期信息，因而研究 银河系核球，也许能解答星系的起源问题。 多种波段的观测虽还不能得出核球的物理状态和辐射机制，但已有了大 概的了解。 射电探测表明，离银心 3000秒差距处有一个正在膨胀而且旋转着的氢 气环，它可能是0.3亿年前在银核的一次爆发中被抛射出去的。
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在椭圆核球中央的银核，范围大约在几个到几十个秒差距之间，而且银 核内部可能还有内核，但详情我们至今仍一无所知。 银核内有银河系中最密集的恒星群，还有大量电离气体、尘埃。通过与 仙女座星系的光学观测资料对比，可估计到，银核3秒差距范围内恒星总质 量可能达千万个太阳质量，也就是说恒星密度高出太阳附近千万倍。而银核 内电离气体的探测告诉我们，中央物质很密集，可能有300万个太阳质量。 在这么小的核内存在这么多的物质，而且核又在绕银心作刚体式转动，电离 气体也在高速转动，这些都表明中央物质不能以恒星这种形式存在，否则将 因太密集而导致频繁的碰撞，以至无法稳定地维持下去。很有可能的是中央 有一个大质量黑洞，X射线辐射似乎也认为其中包含着不寻常的天体。 银盘 银盘是银河系的主要组成部分，在银河系中可探测到的物质中，有九成 都在银盘范围以内。银盘外形如薄透镜，以轴对称形式分布于银心周围，其 中心厚度约1万光年，不过这是微微凸起的核球的厚度，银盘本身的厚度只 有2000光年，直径近10万光年，可见总体上说银盘非常薄。 除了1000秒差距范围内的银核绕银心作刚体转动外，银盘的其他部分都 绕银心作较差转动，即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式 存在，占银河系总质量不到10％的星际物质，绝大部分也散布在银盘内。星 际物质中，除含有电离氢、分子氢及多种星际分子外，还有10％的星际尘埃， 这些直径在1微米左右的固态微粒是造成星际消光的主要原因，它们大都集 中在银道面附近。 由于太阳位于银盘内，所以我们不容易认识银盘的起初面貌。为了探明 银盘的结构，根据本世纪40年代巴德和梅奥尔对旋涡星系M31（仙女座大星 云）旋臂的研究得出旋臂天体的主要类型，进而在银河系内普查这几类天体， 发现了太阳附近的三段平行臂。由于星际消光作用，光学观测无法得出银盘 的总体面貌。有证据表明，旋臂是星际气体集结的场所，因而对星际气体的 探测就能显示出旋臂结构，而星际气体的 21厘米射电谱线不受星际尘埃阻 挡，几乎可达整个银河系。光学与射电观测结果都表明，银盘确实具有旋涡 结构。
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