第4章 銀河系(一)
我們熟知的星系大多位于銀河系附近,屬于 “本星系群”(Local Group),或者是一些因其獨特形態(tài)、亮度而著名的河外星系。
銀河系(英文: The Milky Way Galaxy),是太陽系所在的棒旋星系,其D25等光直徑為26.8±1.1 kpc(±3600光年),呈現(xiàn)巨大的盤面結(jié)構(gòu)。最近研究表明銀河系擁有四條清晰明確且比較對稱的旋臂1
,旋臂處約為 1,000 光年的厚度(在凸起處更多)。銀河系暗物質(zhì)暈也包含一些可見恒星,直徑延伸到613kpc(約200萬光年)2
。
銀河系自內(nèi)向外分別由銀心、銀核、銀盤、銀暈和銀冕組成,年齡大概在100億歲左右,其中央?yún)^(qū)域多數(shù)為老年恒星,外圍區(qū)域多數(shù)為新生和年輕的恒星。銀河系約為1.5萬億倍太陽質(zhì)量,包含約1000~4000億顆恒星,且至少有相同數(shù)量的行星3
。
銀河系整體作較差自轉(zhuǎn),在太陽處的自轉(zhuǎn)速度約220km/s,而太陽系位于距離銀心約8.3 kpc(光年)的獵戶臂內(nèi)緣,這是氣體和塵埃形成濃集區(qū)之一。銀心存在一個被稱為人馬座A*的強烈射電源,中心存在一個410±3.4萬太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞4。
大、小麥哲倫云以及部分矮星系是銀河系的衛(wèi)星星系,屬于本星系群,本星系群屬于室女座超星系團,繼而屬于拉尼亞凱亞超星系團的一部分5
,而銀河系正在通過緩慢地吞噬周邊的矮星系使自身不斷壯大。
下面這個表格匯總了其中最著名的一些,方便你快速了解:
| 星系名稱 | 類型 | 距離(來自地球) | 主要特點 | 備注 |
| 銀河系 Milky Way | 棒旋星系 | 我們太陽系所在的星系,包含約1000億-4000億顆恒星。從地球上看呈一條橫貫夜空的乳白色亮帶。 | 它的中心存在一個超大質(zhì)量黑洞——人馬座A Sagittarius A。 |
如何觀測它們?
肉眼:在非常黑暗、無光污染的環(huán)境下,可以勉強看到仙女座星系(一團模糊的光斑)和麥哲倫云(像夜空的云絮)。
雙筒望遠(yuǎn)鏡/小型天文望遠(yuǎn)鏡:可以看到上述星系的大致形狀和模糊輪廓,體驗獵戶的樂趣。
大型天文望遠(yuǎn)鏡及攝影:才能清晰地展現(xiàn)這些星系的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)、旋臂和色彩,這也是我們通常看到的那些壯觀天文圖片的來源。
總而言之,這些熟知的星系就像是我們在宇宙中的“地標(biāo)”,指引著我們開始探索更為深邃的宇宙。
銀河系是一個包含數(shù)千億顆恒星、行星以及各種其他天體的龐大系統(tǒng)。由于搜索結(jié)果中相關(guān)信息較少,我結(jié)合自己的知識整理了下面這個表格,幫你快速了解銀河系中的主要天體類型及其特點,然后再做進(jìn)一步講解:
| 天體類型 | 主要特點 | 銀河系中的估計數(shù)量/占比 | 知名例子 |
| 恒星 | 自身發(fā)光發(fā)熱的等離子體球,核心進(jìn)行核聚變。 | 約1000億-4000億顆 | 太陽、天狼星、比鄰星 |
| 行星 | 不發(fā)光,圍繞恒星運行。 | 超過千億顆 | 地球、木星、開普勒-32的行星 |
| 褐矮星 | “失敗的恒星”,質(zhì)量不足以維持氫聚變。 | 未知(但可能非常眾多) |
| 白矮星 | 中小質(zhì)量恒星演化的末期產(chǎn)物,密度極高,逐漸冷卻。 | 約占恒星總數(shù)的~97%的最終歸宿 | 天狼星伴星 |
| 中子星 | 大質(zhì)量恒星超新星爆發(fā)后的殘骸,密度極大,高速自轉(zhuǎn)。 | 數(shù)十億顆 | 脈沖星PSR B1919+21 |
| 黑洞 | 引力極強,連光也無法逃脫。 | 數(shù)百萬至數(shù)億個(恒星級) | 人馬座A(星系中心超大質(zhì)量黑洞) |
| 星團 | 引力束縛的恒星集團。球狀星團:年老,呈球形,銀暈中;疏散星團:年輕,形狀不規(guī)則,銀盤中。 | 球狀星團約150個,疏散星團超千個 | 半人馬座ω(球狀)、昴星團(疏散) |
| 星云 | 由氣體和塵埃組成的云狀結(jié)構(gòu)。發(fā)射星云:被恒星激發(fā)發(fā)光;反射星云:反射恒星光;暗星云:吸收背景光。 | 無數(shù) | 獵戶座大星云(發(fā)射)、馬頭星云(暗) |
| 星際物質(zhì) | 填充恒星之間空間的稀薄氣體和塵埃。 | 約占銀河系總質(zhì)量的~10% | - |
恒星的多樣性與演化
恒星并非千篇一律,它們有著不同的質(zhì)量、亮度、顏色和壽命。
光譜類型:天文學(xué)家常使用O、B、A、F、G、K、M這七個光譜型來給恒星分類,這序列也對應(yīng)著恒星表面溫度從高到低(藍(lán)到紅)的變化。我們的太陽是一顆G型黃色恒星。
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赫羅圖:這是天文學(xué)家研究恒星演化的重要工具,它描繪了恒星的光度與表面溫度(或光譜型)之間的關(guān)系。絕大多數(shù)恒星都分布在一條從左上(高溫高光度)到右下(低溫低光度)的帶狀區(qū)域上,稱為主序帶。恒星一生中大部分時間都在主序帶上度過。
恒星的一生:恒星的生命歷程由其初始質(zhì)量決定:
中小質(zhì)量恒星(如太陽):會經(jīng)歷紅巨星階段,最終拋出行星狀星云,核心坍縮成白矮星。
大質(zhì)量恒星:生命末期會發(fā)生劇烈的超新星爆發(fā),爆發(fā)后核心可能坍縮成中子星或黑洞。超新星爆發(fā)會將合成的重要元素拋向星際空間,為新一代恒星和行星的形成提供“原料”。