我们在银河系中的位置是怎样找到的

2018-05-22 02:02苏光路
飞碟探索 2018年3期
关键词:旋涡银河系天文学家

苏光路

以银河系的眼光看地球,我们的家园也就是一小片飘零的草叶,借助超级飓风也难发出轻微的声响,人类更是渺小到可忽略不计的地步了。是智慧赋予我们洞察苍穹的渴望与能力,虽然在体量上没有可比性,但是在对彼此的认知与探索上,主动权永远掌握在我们手上。

我们知道地球是球形的,因为跳出地球的卫星可以为我们拍到地球的照片。可直到现在,人类的探测器也才刚刚跨越太阳系边缘,人类仍然无法预料自己何时才能跳出银河系,涉足河外星系。那么,银河系的真面目,到底是怎样被科学家逐一还原的呢?

有天文观测经验的人知道,夜幕下仰望苍穹,我们看到的只是天空中的一条银色飘带,由于被大地挡住了视线,这并不是银河的整个侧面。银河侧面完整的景象是天文望远镜升入太空后才观察到的,那景象十分壮观:整个天空就像一个大圆球包围着我们,一条扁平细长的银色条带环绕整个天际,这道银河把圆球形的天空一分为二,每一半都是个半球!这让我们觉得地球是被银河系环绕着的。由此,天文学家推测银河系侧面是扁平的,根据飘带的形状猜想,银河系的侧面应该是扁平而中间微凸的形象,很像一个凸透镜的侧面。

准确命名有反复

随着空间探测科学的发展,科学家发现星系不外乎这样几个类型。首先是椭圆形状的,叫作“椭圆星系”,其特点是从哪个方向看它都是椭圆形的,就像一枚鸭蛋一样。银河系侧面是扁平的,显然不属于椭圆星系。其次是旋涡形状的,叫作“旋涡星系”。旋涡星系的侧面就像个凸透镜,扁平而中间鼓凸,与银河系的侧面一样。由此,科学家猜测,银河系很可能是旋涡星系。其他还有透镜星系、圆盘星系和形状怪异的罕见星系,就外形而言,它们均与银河系不搭界。

天文望远镜观测发现,有很多旋涡星系或透镜星系的中心都有个中间粗两头稍尖的棒子形状。天文学家当时虽然还不知道星系中心的“棒子”是怎么形成的,但根据星系之间的联系,天文学家推测銀河系的中心很可能也横亘着一根巨型“棒子”。

谈到近年来天文学的巨大成就,就不能不提哈勃空间望远镜和后来的斯皮策空间望远镜。2016年4月,哈勃空间望远镜探测到了距离我们134亿光年之遥的GN-z11星系。这是人类当时能够探测到的最遥远的星系。在此之前,人类能看到的最远星系距离我们132亿光年,而GN-z11星系距离我们有134亿光年。134亿光年是啥概念?它意味着我们看到的GN-z11其实是它134亿年前的样子,那时候大爆炸才刚刚发生了4亿年。它发出的光,在宇宙中走了134亿年,才被我们捕捉到。这让我们距离揭开宇宙大爆炸之谜又向前迈进了一大步。

是哈勃空间望远镜为我们展现了亿万光年之外的神秘星界,给人类天文学插上了腾飞的翅膀。

12年前,也就是斯皮策空间望远镜升空两年后,它探测到了银河系在红外光下的清晰形象。由于红外线更容易透过气体和尘埃,因此银河中心的景象就展现在斯皮策空间望远镜中。科学家根据银河系更真实的侧面形状清楚看到,银河中心不仅有个“棒子”,而且还是两根。银河系其实是旋涡星系中的一类——棒旋星系。中心有“棒子”的星系一般只有两个较大的旋臂,银河系便是。据此,天文学家为银河系给出的确切称谓是——有两个大旋臂的棒旋星系。

先确定银河系的中心是关键

早在一个多世纪前,天文学家就达成这样的共识:我们的地球乃至整个太阳系就处于银河系中心的位置。根据是,如果我们是在银河系的边缘部位,那么在地球上看到的星星分布,肯定是一侧比另一侧密集;如果我们是在银河系的中心部位,那么环顾四周,星星的分布密度肯定差不多。这就像我们身在树林中,如果位于树林的边缘地带,那么朝四周看,一边看到的可能也就是稀疏的几棵,而朝另一个方向看,看到的则是密如屏障的丛林。

后来科学家才发现,银河盘内还分布着大量气体和尘埃,使浩渺银河看起来就宛如一个超级迷宫。这无疑增加了在银河系盘面上确定地球位置的难度。

宏观世界的难题常常受到微观世界的启迪。以原子为例,它周围的电子运动也好像没有规律,但都是以原子核为中心,也就是电子云有个中心,这中心就是原子核。那银河系也一定有个中心,所有恒星都会围绕它运动。找到这个中心后,以中心为基准,再寻觅我们的位置就容易了。

天文学家很快发现了一种叫“银晕”的光晕,就是银河系的中心。银河系中的星团看似各自为政,不相关联,但是能看出它们都在围绕一个点旋转;而且越靠近这个点,球状星团的密度就越大,数量也越多,于是在它们围绕的那个点周围形成了一个球形的光晕,这就叫“银晕”。一般的星系中心都由一个球状星团组成的光晕包围着。很显然,这些球状星团围绕的那个点。就是球形光晕的中心,就是银河系中心!

找到了银河系的中心,就等于找到了纲。纲举目张,接下来的事情就好办了。有了造父变星这个好帮手,剩下的工作就是缜密计算了。造父变星是一类高光度周期性脉动变星,也就是其亮度随时间呈周期性变化。它的光变周期(即亮度变化一周的时间)与它的光度成正比,根据造父变星周光关系可以确定星团、星系的距离,因此它被天文学家誉为“量天尺”。

首先,银河系中心上方的某个星团与地球的距离可以推算出来,之后根据三角关系就可以算出银河系中心与地球间的基本距离了。

经过先计算后印证,印证后再计算的方法,我们总算知道了地球所处的太阳系位于银河系盘面内,距离银河系中心2.6万至2.87万光年。

科学家还以银晕中垂直于盘面运动的球状星团为参照,算出太阳系围绕银河系中心旋转的速度。因为这些球状星团是垂直于盘面运动的,可以看作是竖在银河系盘面的一根标杆,从而可以算出太阳系围绕银河系中心的运转速度大约是220千米/秒,也就是太阳系围绕银河系中心转一圈需要2.3亿年时间。

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