银河系

我们地球和太阳所在的恒星系统,是一个普通的星系,因其投影在天球上的乳白亮带──银河而得名。银河系是一个透镜形的系统,直径约为25千秒差距,厚约为1～2千秒差距。它的主体称为银盘。高光度星、银河星团和银河星云组成旋涡结构迭加在银盘上。银河系中心为一大质量核球,长轴长4～5千秒差距,厚4千秒差距。银河系为直径约30千秒差距的银晕笼罩。银晕中最亮的成员是球状星团。银河系的质量为1.4×1011太阳质量,其中恒星约占90%,气体和尘埃组成的星际物质约占10%。 银河系整体作较差自转。太阳在银道面以北约8秒差距处距银心约10千秒差距,以每秒250公里速度绕银心运转,2.5亿年转一周。太阳附近物质(恒 星和星际物质)的总密度约为0.13太阳质量/秒差距3或 8.8×10-24克/厘米3。银河系是一个Sb或Sc型旋涡星系, 拥有一、二千亿颗恒星,为本星系群中除仙女星系外最大的巨星系。它的视绝对星等为Mv=-20.5。它以 1010年 的时间尺度演化。

研究简史 十八世纪中叶人们已意识到,除行星、 月球等太阳系天体外,满天星斗都是远方的“太阳”。 赖特、康德和朗伯特最先认为,很可能是全部恒星集合 成了一个空间上有限的巨大系统。

第一个通过观测研究恒星系统本原的是F.W.赫歇耳。 他用自己磨制的反射望远镜,计数了若干天区内的恒星。 1785年,他根据恒星计数的统计研究,绘制了一幅扁而 平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图。他用50 厘米和120厘米口径望远镜观测,发现望远镜贯穿本领增 加时,观察到的暗星也增多,但是仍然看不到银河系的边缘。F.W.赫歇耳意识到,银河系远比他最初估计的为大。F.W.赫歇耳死后,其子J.F.赫歇耳继承父业,将恒星计数工作范围扩展到南半天。十九世纪中叶,开始测定恒星的距离,并编制全天星图。1906年,卡普坦为了重新研究恒星世界的结构,提出了“选择星区”计划,后 人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与F.W.赫歇耳的类似的模型,也是一个扁平系统,太阳居中,中心的恒星密集,边缘稀疏。沙普利在完全不同的基础上,探讨银河系的大小和形状。他利用1908～1912年勒维特发现的麦哲伦云中造父变星的周光关系,测定了当时已发现有造父变星的球状星团的距离。在假设没有明显星际消光的前提下,于1918年建立了银河系透镜形模型,太阳不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应,沙普利把银河系估计过大。到1930年,特朗普勒证实星际物质存在后,这一偏差才得到纠正。

组成 银河系物质约90%集中在恒星内。1905年,赫茨普龙发现恒星有巨星和矮星之分。1913年,赫罗图 问世后,按照光谱型和光度两个参量,得知除主序星外,还有超巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。 1944年,巴德通过仙女星系的观测,判明恒星可划分为 星族Ⅰ和星族Ⅱ两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金 属的天体,分布在旋臂上,与星际物质成协。星族Ⅱ是 年老而贫金属的天体,没有向银道面集聚的趋向。1957年,根据金属含量、年龄、空间分布和运动特征,进而 将两个星族细分为中介星族Ⅰ、旋臂星族(极端星族Ⅰ)、 盘星族、中介星族Ⅱ和晕星族(极端星族Ⅱ)。

恒星成双、成群和成团是普遍现象。在太阳附近25 秒差距以内,以单星形式存在的恒星不到总数之半。迄 今已观测到球状星团132个,银河星团1,000多个,还有为 数不少的星协。据统计推论,应当有18,000个银河星团 和500个球状星团。二十世纪初,巴纳德用照相观测,发现了大量的亮星云和暗星云。1904年,恒星光谱中电离 钙谱线的发现,揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究,证认出星云中的气体和尘埃成分。近年来通 过红外波段的探测发现在暗星云密集区有正在形成的恒 星。射电天文学诞生后,利用中性氢21厘 米谱线勾画出银河系旋涡结构。根据电离氢区的描绘, 发现太阳附近有三条旋臂:人马臂、猎户臂和英仙臂;太阳位于猎户臂的内侧。此外,在银心方向还发现了一条3千秒差距臂。旋臂间的距离约1.6千秒差距。1963年,用 射电天文方法观测到星际分子OH,这是自从1937～1941年间,在光学波段证认出星际分子CH、CN和CH+以来的重 大突破。到1979年底,发现的星际分子已超过50种。

结构 银河系的总体结构是：银河系物质的主要部分组成一个薄薄的圆盘,叫做银盘,银盘中心隆起的近 似于球形的部分叫核球。在核球区域恒星高度密集,其中心有一个很小的致密区,称银核。银盘外面是一个范围更大、近于球状分布的系统,其中物质密度比银盘中低得多,叫作银晕。银晕外面还有银冕,它的物质分布 大致也呈球形。有关银河系的细节见银河系结构。

起源和演化 银河系的起源这一重大课题目前还了解得很差。这不仅要研究一般星系的起源和演化,还必 须研究宇宙学。按大爆炸宇宙学假说,我们观测到的全部星系都是1010年前高密态原始物质因密度发生起伏,出 现引力不稳定和不断膨胀,逐步形成原星系,并演化为 包括银河系在内的星系团的。而稳恒态宇宙模型假说则 认为,星系是在高密态的原星系核心区连续形成的。

银河系演化的研究近年来才有一些成就。关于太阳附近老年恒星空间运动的资料表明,在原银河星云的坍缩过程中,最早诞生的是晕星族,它们的年龄是100多亿年,化学成分是氢约占73%,氦约占27%。而大部分气体物质集聚为银盘,并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代 发展起来的密度波理论,很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。