UFO中文网

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

快捷导航
搜索
查看: 1241|回复: 0

宇宙有多少星系大揭密,星系是什么时候被发现的

[复制链接]
发表于 2016-8-25 21:53:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
我们都生活在星系之中,如果没有星系,就没有生命,宇宙有多少星系我们无法预测!但是星系是什么时候才被发现呢?近代科学所说的星系是20世纪才被发现的,虽然在古代的时候,古代哲学家就提起过星系的概念。
星系是一个十分庞大的天体系统,它有几百亿甚至上千亿颗恒星及星际气体和尘埃,空间尺度达到几亿亿千米以上,实在是超级“庞然大物”。然而,直到人们20世纪初才真正发现它们。我们经常有如此一个观点,物体离我们越近,就可看得越清楚,当物体渐渐远去,它的像也就逐渐模糊,那是物体对观察者来说张角逐渐变小的缘故。到一定距离,我们就看不见它了。星系尽管那么庞大,但它们离地球十分遥远,就拿最近的星系大麦哲仑星云来说,它离我们16万光年(光年是光在一年中所走过的路程)。计算得出1光年是9万多亿千米,16万光年就约是150亿亿千米。所以,肉眼看上去,大麦哲仑星云确是一小片云雾状天体。

在17世纪,神奇的望远镜发明了,这种仪器可使得物体对人眼睛的张角增大,让人可以看清更遥远的物体。用望远镜来观测天空,人们又陆续观测到一些云雾状的天体。开始,以为它们都是气体云,并且和恒星一样是银河系内的天体,并称之为星云。不过不同的人对此有不同看法。18世纪,德国的天文学家康德以及英国和瑞典的两位天文学家都猜想这些所谓星云是和银河系一样由恒星组成的天体系统,只是由于距离太远而分辨不出一颗颗的星来。

银河系星系 (1).jpg

假如把宇宙看作一个浩瀚的海洋,这些天体系统就宛如海中的岛屿,因而被形象地称为“宇宙岛”。随着望远镜的进步,人们可以看到这些星云的更进一步的细节了,正如康德他们所猜测的那样,星云在望远镜中分离成了一颗颗暗弱的星星。可是问题并没有完全解决,那确是,它们是银河系内的恒星集团,依然银河系之外的天体系统呢?问题的焦点集中到距离上来了,可它们离我们非常遥远,通常所用的三角视差测距法已经无法测出它们的距离。1917年,美国的天文学家G.W.里奇在威尔逊山天文台所摄的一个星云照片中发现了一颗新星,由于新星非常暗弱,他推测星云应该极其遥远,是银河系之外的天体,可是给不出准确距离,无法让人信服。

怎么解决呢?难道人们在困难面前确实要停步不前了吗?正是“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”,造父变星周光关系的发现为我们启开了新的途径,造父变星是一种脉动变星,天文学家发现它的光变周期与绝对光度有确定关系,大体上是接近于成正比的。光变周期越长,它的绝对光度就越大。测出了它的光变周期,就可以算出它的绝对光度,而我们看到星的亮度是与它离我们的距离的平方成反比的,从而由造父变星观测到的亮度和它的绝对亮度的比值就可以推算出距离来。1924年,美国的天文学家哈勃用威尔逊山天文台的2.5米大望远镜在仙女座星云,三角座星云和星云NGC6822中发现了造父变星,而且由周光关系算出了它们的距离,推出它们是银河系之外的天体系统,并称之为“河外星系”。
到这时,星系才算真正发现了。

银河系星系 (4).jpg


银河系的中心

透镜状银盘的中心微凸部分叫银河系的核球,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,我们得到的对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。对于银河系核球里的恒星属于哪个星族的——是老年星依然青年星,还没有取得一致看法,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。观测多种波段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。

射电探测说明,离银心3000秒差距处有一个正在因膨胀并且旋转着的氢气环,它可能是0.3亿年前在银核的一次爆发中被抛射出去的。在椭圆核球中心的银核,范围大约在几个到几十个秒差距之间,并且银核内部可能还有内核,但具体情况我们至今仍一无所知。银核内包含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,也确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。在这样小的核内集聚了这么多的物质,并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非同寻常的天体。

银河系在转动银河系

在不停地转动吗?为了回答这个问题,让我们先来看看两种不同的转动方式。一种是很常见的所谓刚体式转动,像轴承、车轮、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。设想一下,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。另一种是较差式转动的方式,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,在这段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。科学经过研究得出银河系是转动的。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,因此有自转是肯定的,问题在于用什么样的自转方式。假如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;假如银河系作开普勒式转动,恒星之间就应有相对运动,统计出恒星的自转就能证实这一猜测。

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。综合各种观测资料,目前得出银河系核球部分是刚体式的自转,核球以外确是较差自转。如今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,确是说它绕银心转一圈约需2.5亿年。

银河系的磁场

我国古代的指南针早就证实了地球是有磁场的,而银河系广阔空间的大尺度磁场的探测,则开始于20世纪30年代,40年代证明了大尺度磁场的存在,60年代以后进行可靠的测量。磁场属于物质存在的一种形式,但看不见也摸不着。不过,就像往上跳能感觉到无形的重力场把我们往下拉一样,也有方法让我们证实磁场的存在,比如用指南针。关于广阔的银河,指南针就不能派上用场了。不过,源自银河系的宇宙线——主要成分是带电粒子和α粒子的各向同性,对银河系背景辐射的非热辐射性质的合理解释,许多弥漫星云具有纤维状结构并且外形呈平行于银道面的扁圆形、许多恒星光因为长条形星际尘埃的影响导致随距离而增大的微小偏振等等,都十分有力地证实了银河系存在大尺度的磁场,其方向可能平行于银道面。

想要较准确地测量银河磁场的大小、方向,仅凭以上资料难以计算;不过,采取以下两种办法即可实现。将辐射源生成的偏振辐射,经过平行于辐射方向磁场的星际介质,出来后偏振面会发生变化,叫法拉第旋转。转动的大小正比于磁场强度,因而在测定了前者的情况下就可能推出后者,即平行于辐射方向的星际物质磁场强度。这种办法叫法拉第旋转法,用于星际物质的测量。另一种办法采用的是塞曼效应(原子能级在强磁场中的分裂导致谱线发生分裂的现象),这也是测定恒星磁场的最基本办法。

假如星际空间有磁场,那么就能测出其中大量中性氢的21厘米谱线的分裂,由分裂的大小可算出平行于视线方向的中性氢磁场。运用这两种办法得到的比较准确的测量结果是:银河系的磁场平均强度约为1~3×10-6高斯,比由宇宙线、银河背景射电、星光偏振估计出的1~3×10-5高斯的结果为低,而磁场的方向在旋臂区域可能沿着旋臂方向,其他区域则是紊乱的。

银盘

银河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90%都在银盘范围内。银盘外形好像薄透镜,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,直径约10万光年,总体上来看银盘十分薄。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。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缘由,它们大都集中在银道面附近。由于太阳藏在银盘内,因此我们不容易认识银盘的本来面貌。

为了探明银盘的结构,依据20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,光学观测没有方法得出银盘的总体面貌。有资料显示,星际气体集结的场所是旋臂,所以对星际气体的探测就能显示出旋臂结构,而星际气体的21厘米射电谱线没有星际尘埃阻挡,几乎可达整个银河系。光学与射电观测结果都表明,银盘真的具有旋涡结构。

特殊星系

把哈勃星系分类系统星系分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系三种类型。然而,目前在被发现的星系中,还有一些不能简单地归入哈勃系统中的另一类,有的星系还有一般星系所没有的特殊性质,我们将它们统称为特殊星系。迄今为止,天文学家已经发现了很多的特殊星系并依据这些星系的特点把它们分为不同的类型。这些星系的命名,有的是依据历史情况,有的是依据星系特性,有的是依据发现者的名字而来的。这些星系之间有重叠交手的情况。例如,马卡良星系中至少有10%可归入塞佛特星系,N型星系中许多又是射电星系。这些特殊星系的差别主要是由于星系核的活动或者是主伴星系之间的相互扰动所造成的。

特殊星系一般都包含一个很亮的致密核,有的还有伴星系。大多数特殊星系都有核区爆发遗留下来的痕迹。星系核周区域往往可观测到高速非圆周运动的天体。特殊星系辐射的能量的大部分是非热能的。下面我们重点介绍一下几类重要的特殊星系。射电星系:一般普通的星系都发射射电波,但我们把那些具有强射电发射能力的星系称为射电星系。这类星系的射电功率比正常星系强100到10万倍,即达1037~1047尔格/秒。有些星系所产生的射电能量甚至超过了它们所产生的可见光能量。射电星系拥有各种各样的形态结构。

最主要的几种形态结构是:致密型、延展的双瓣结构、核晕结构、复杂源结构及头尾结构。这些星系的形态结构均可从名字的字面意思去理解。射电星系中大多数可归入椭圆星系一类,不规则星系很少,它们往往是星系团中最亮的成员星系。天鹅座A是第一个被发现的射电星系。到目前为止,已经测定了数千个其他射电星系的位置,其中最主要的有室女座射电星系M87及半人马座A等。塞佛特星系于1943年发现,这类星系因被美国天文学家塞佛特发现而得名。

这类星系也拥有一个明亮的恒星状核,核的周围有模糊的旋涡结构、核区是激烈活动区。塞佛特星系的光谱中有很强的发射线,这些发射线通常是在一般星系光谱中看不到的。有些塞佛特星系的可视光度以长达数月的周期发生着变化;某些塞佛特星系发射着强大的红外辐射;有的依然强大的X射线源。尽管塞佛特星系的体积很小,质量也小,可是它们以各种波长辐射的能量是很多数星系的100倍。

塞佛特星系一般都属于漩涡星系,此类星系占漩涡星系的1~2%。所以,许多天文学家认为,塞佛特星系实际上不是特殊星系,它们只是漩涡星系演化所经历的一个阶段。至于何种理论正确,目前尚难定论。N型星系是由摩根在50年代所发现。这类星系的重要特征是有一个恒星状亮核以及比较致密的暗弱星云包层。星系的辐射大部分由核提供,表明核区是强活动区。有些N型星系的周围能够看到旋臂。

这类星系有的是射电星系,光谱同塞佛特星系相似,只是发射线较窄,核的宽度有变化。马卡良星系是依据前苏联天文学家马卡良发现而得名。马卡良星系是拥有反常强紫外连续谱的特殊星系。这类星系主要有两种类型。第一类为亮核型,即核是紫外源,这类星系占所有马卡良星系中的2/3,它们大多也是塞佛特星。另一类为弥漫型,紫外连续源分散在整个星系中,这类星系的较暗者多为不规则星系。最近发现马卡良星系多为密近而有相互作用的双重星系。

特殊星系按光度构成一个能量序列,类星体最大、正常星系比它们都小。这表明这些活动现象与类星体有某种联系。而类星体似乎是性质多样的天体集合。所以,研究特殊星系,对探讨星系的起源和演化具有重要意义。

蝎虎座BL天体

1929年,科学家用光学望远镜在蝎虎座天区发现了一个光度变化不规则的呈恒星状的暗弱天体,1968年被证认为射电点源VRO42·22·01的光学对应体,这确是蝎虎座BL天体。20世纪70、80年代又发现了100多个类似的天体,人们把它们统称为蝎虎座BL天体,或BLLac天体。BLLac天体的光学像同类星体一样类似于恒星,而且至今不能分辨它们的细节。它们都发出很强的红外辐射和射电辐射。和光学辐射一样无规则的快速变化(光变在几天或几月之内成几倍地变化,甚至成百倍地变化,但射电光变和光学光变似乎相互独立),同样具有非热致谱(即辐射不同于黑体辐射)。其射电谱在厘米波段增强,谱线平甚至倒转。而且,所有波段都具有比其他活动天体更大的偏振度。

在其具有的连续谱中找不到发射线或吸收线。由BLLac天体光变的时间可推测它的大小和太阳系尺度基本上,但当天文学家设法在它的光谱中得到了一些特征谱线时,发现其红移在0.05~1.78,如此再依据哈勃的红移-距离公式可推算出它们远离银河系。如今大部分天文学家认为它们是一些活动星系核。因此这种处于剧烈活动中的微小天体竟释放着相当于整个星系的辐射能量,高达1041焦耳/秒。要对这些问题有合理的解释甚至比人类在类星体面前遇到的困难还巨大。

银河系星系 (1).png

踪迹难寻的白矮星

大部分的天文学家相信:宇宙空间中的“小个子”比“巨人”多得多。目前的天文学理论认为,所有的恒星都是靠热核反应来维持其能源的。毫无疑问,恒星的核原料早晚有会一天用光的,那时,这颗恒星将怎么度过它的暮年时光呢?先让我们来看看多数恒星的情况吧。天文观测证实,一些质量不太大的恒星,或者说质量小于太阳质量1.4倍的恒星,用完自身的核燃料后,一般都不可能再产生突发性的能量释放过程了。开始阶段,它们都较稳定地发挥着“余热”,随着温度下降,它们的体积日渐缩小,同时也就把它所存有的引力能奉献给宇宙空间。最终,它们体积缩小到了自身的极限,密度增大到每立方厘米几百千克、这时,恒星就变成了白矮星——恒星家族的侏儒。白矮星的直径一般只有太阳的几非常之一。例如,在天空中肉眼看去最明亮的天狼星,实际上是双星,主星直径2倍于太阳的普通恒星。它的伴星天狼星B,则是一颗白矮星,直径大约只有太阳的三非常之一。

白矮星一般用肉眼无法观察到,因为它体积小亮度低。而冷却到不再发射可见光的白矮星,天文学家很难用天文望远镜直接看见它们,只能根据天体系统质量分布的大概情况去推测它们的存在。因为,冷却后的白矮星,和行星、卫星等的天体的重大区别,就在于白矮星拥有大于行星、卫星几万倍或十几万倍的密度。换言之,白矮星的巨大质量,会使靠近它的可见天体的运动受到不可忽视的影响,这正是科学家寻找白矮星的重要途径,同时,也是白矮星踪迹难寻的重要缘由。天文学家把希望寄托在宇宙飞船上,希望在宇宙中寻找智慧生命的同时,能早日查清距我们较近的白矮星的情况,为恒星演化的研究提供更多的资料。
银河系星系 (2).jpg

密度惊人的中子星

在1992年之后,因为一项偶然的发现世界上许多的科学家,而处于极度兴奋之中。这个发现使全世界的射电望远镜都指向了茫茫天球上的一个狭小的区域。记者夸张报道,接收到了外星人无线电信号的消息使之成为全地球人的最热门的话题。事情是如此开始的:1967年7月,在英国剑桥附近,一台专为研究星空“闪烁效应”的射电望远镜投入使用。8月的一天,专门负责检查自动记录图纸的贝尔小姐——爱尔兰的研究生发现了一个非常奇异的射电信号,它与以前天文学家所了解的由太阳大气所引发的“闪烁效应”根本不同,它的脉冲短促,按当时的记录速度,难以辨别它的周期。也许这是地面上电气设备的干扰信号吧?但无论怎么,观测的负责人依然决定加强监测,并调快了自记纸张运行速度,以期弄清这个奇异的射电信号的周期。到9月份,一切都准备就绪时,神秘的射电信号却失踪了。


最初,天文学家认为宇宙中双星是不多见的,茫茫天际,充其量有几千对而已。但是,80年代末期,随着观测手段的进步,人们惊奇地发现,恒星孪生的现象,在银河系中比例高达千分之二三。就数量而言,在银河系中双星大约有4~6亿颗之多。目前,已查明的河外星系约有10亿个,宇宙中可能有多少“双生子”,值得我们好好计算一番。

银河系星系 (3).jpg

织女难会牛郎

古代人民以夜空的繁星为素材,创造出许多美好动人的神话故事,牛郎和织女的传说便是其中之一。据说,勤劳的牛郎是人间的普通村夫,而织女却是西天王母娘娘最宠爱的孙女儿。织女不甘心天宫寂寞,动了凡念,私自下凡与牛郎结为夫妇。此事犯了天上神仙们的法律,玉皇大帝派天兵天将把织女捉回天上。
牛郎挑着担子,一边坐着女儿,一边坐着儿子,在后面飞快地追赶。眼看着牛郎就要追上织女了,王母娘娘从头上拔下碧玉簪,在牛郎和织女之间轻轻地一划,马上出现了一条波涛汹涌的天河,把一对有情人永远地隔开了。然而,情之所钟,惊天动地。天上的神鹊十分同情织女和牛郎,每年的农历七月初七,它们飞临天河上空,架起鹊桥,让织女和牛郎相聚一宵。
古老神话那令人倾倒的巨大魅力,在现代天文知识面前却失去了光彩。今天,观测的结果告诉我们,即使在织女星和牛郎星上是本领高强的“神仙”,他们想要每年聚首一次也是根本不可能的。织女星和牛郎星相距14光年以上。

换言之,以目前所知最快的宇宙速度——光速飞行,从织女星到牛郎星也要14年多的时间。当然,织女星和牛郎星上也根本不存在任何生命,它们都与太阳类似,是炽热的恒星。织女星表面的温度约9000℃,比太阳表面高3000℃左右;直径约400万千米,基本上为太阳的3倍;它的体积基本上是太阳的24倍。牛郎星表面温度有7000℃上下,比太阳表面也高出1000℃左右。但是,织女星却与地球上的人类有着不解的缘份,据天文学家推测,随着天体的运动,斗转星移,特别是随着地轴倾斜角度的缓慢变化,到公元14000年的时候,今日的织女星,将正好位于地球北极的上空,成为新的、明亮的北极星。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则


快速回复 返回顶部 返回列表