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銀河系

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銀河系
ESO-VLT-Laser-phot-33a-07.jpg
帕瑞納天文台的夜空中觀賞到的
銀河系的核心
(雷射為望遠鏡創造出一顆導引星
觀測資料
類型 Sb、Sbc、或SB(rs)bc[1][2]棒旋星系
直徑 100~180 kly(31~55 kpc[3]
薄恆星盤面厚度 ≈2 kly(0.6 kpc)[4][5]
恆星數量 1000–4000億(2.5×1011 ±1.5×1011[6][7][8]
已知最老的恆星 ≥13.7 Gyr[9]
質量 0.8–1.5×1012 M[10][11][12]
角動量 1×1067 J s[13]
太陽至銀河中心的距離 27.2 ± 1.1 kly(8.34 ± 0.34 kpc)[14]
太陽的繞銀河公轉週期 240 Myr[15]
旋臂模式公轉週期 220–360 Myr[16]
棒模組公轉週期 100–120 Myr[16]
相對於CMB的速度靜止參考系 552 ± 6 km/s[17]
太陽所在地的逃逸速度 550 km/s[12]
太陽所在地的暗物質密度 0.0088+0.0024
-0.0018
Mpc-3 或 0.35+0.08
-0.07
GeV cm-3[12]
參見:星系星系列表
史匹哲太空望遠鏡拍攝的銀河系中心圖象

銀河系(古稱銀河天河星河天漢銀漢[18][19]。它是包含我們太陽系星系[20][21][22][nb 1],它的英文名稱"乳白"是源自它是橫跨夜空的黯淡發光帶,以裸眼觀看無法分辨出個別的恆星。"Milky Way"這個名稱是翻譯自拉丁文via lactea,而它又是從希臘γαλαξίας κύκλοςgalaxías kýklos,"milky circle")翻譯來的[23][24][25]。從地球看,因為是在銀河盤面結構的內部,因此呈現環繞天空的環帶。伽利略在1610年使用望遠鏡首先解析出環帶是由一顆顆恆星聚集而成;直到1920年初期,天文學家還認為銀河包含了宇宙中全部的恆星。隨著1920年天文學家沙普利柯蒂斯大辯論[26],和經由愛德溫·哈伯的觀測,顯示銀河只是眾多星系中的一個 -現在估計在可觀測宇宙有多達2,000億個星系[27][28]

銀河系是一個棒旋星系,它的直徑通常被認為是100,000至120,000 光年[29],但也可能是150,000至180,000光年[30]。估計銀河擁有1,000億至4,000億顆恆星[31][32],甚至可能高達1兆[33];而且銀河系可能有1,000億顆行星[34][35]。太陽系位於銀盤內,距離銀河中心27,000光年處的一條氣體濃密,被稱為獵戶臂的螺旋臂內側邊緣。在內側10,000光年範圍內的恆星形成突起的核球和一條或多條短棒從核球延伸。非常靠近中心點的一個強烈輻射源,被命名為人馬座A*,可能是個黑洞

在很大距離範圍內的恆星和氣體大約都以每秒220公里的速度在軌道上繞著銀河中心。這種恆定的轉速與克卜勒動力學相牴觸,因此建議銀河系中有很大量的質量來自不發射也不吸收電磁輻射的物質。這種物質被稱為"暗物質"[36]。在太陽所在的位置,繞行銀河系的周期大約是2億4000萬年[15]。銀河系整體在超星系團參考坐標系內的移動速度大約是每秒600公里。在銀河系中最古老的恆星幾乎與宇宙本身一樣古老,因而可能是在大爆炸後不久的黑暗時代形成的[9]

銀河系有幾個衛星星系,它們都是本星系群的成員,也是室女超星系團的一部分,而它又是組成拉尼亞凱亞超星系團的一部分[37][38]

外觀[編輯]

內華達州不受光汙染的黑岩沙漠看見的在人馬座方向上的銀河(包括銀河中心)。在右下方是天蠍座,位於心宿二上方的亮星是木星

"銀河"可以看做是在某些地方寬度約30度,劃過天空的白茫茫弧線[39]。雖然,天空中肉眼可以看見的所有個別恆星都是銀河系的一部分[40],但來自這條帶狀弧線的光,是源自銀河平面方向上,肉眼無法解析分辨出來的恆星。暗的區域,像是大裂縫煤袋星雲,是來自遙遠恆星的光被星際塵埃遮蔽的區域。天空中被銀河系遮蔽的區域稱為隱帶

銀河系有一個相對較低的面亮度。它的可見度會因為背景光,像是雜散光的光汙染月球,而大幅度的降低。天空必須黑暗至每平方弧秒20.2星等,才能看得見銀河[41]。當極限星等大約在+5.1或更好時,可以看見銀河,要達到+6.1時才能看見一些細節[42]。這使得在任何明亮的城市或郊區都很難看見銀河,但在沒有光染的農村,當月球在地平線下時,就可以看得很明顯[nb 2]

從地球的角度來看,銀河系可見的銀河平面區域覆蓋的面積包括天空中的30個星座[43]銀河中心向所在方向的人馬座,是銀河系最亮的區域。從人馬座,朦朦朧朧的白色光帶似乎傳遞到御夫座反銀心。光帶繼續在剩餘的路上傳遞回到人馬座從。這條光帶將夜晚的天空成大約相等的兩個半球

銀河平面相對於黃道(地球的公轉軌道平面)大約傾斜60度;相對於天球赤道,它的最北邊經過仙后座,南邊則抵達南十字座天球赤道和黃道相對於銀河平面都有著很大的傾斜。銀河北極位於赤經12h 49m赤緯 +27.4°(B1950),靠近周鼎一(后髮座β);銀河南極靠近近土司空南(玉夫座α)。由於這種高傾斜度,在一年中不同的時間,銀河的弧出現在天空中的位置可以很高,也可以在很低。在地球上的北緯65度到南緯65度之間,銀河會一天經過觀測者的天頂兩次。

銀河系的大弧拱高度傾斜著橫跨夜空。(在智利帕瑞納天文台使用魚眼拍攝的馬賽克。明亮的木星位於人馬座,銀河的北朝下。)。

大小和質量[編輯]

對銀河系的探索[編輯]

雖然從非常久遠的古代,人們就認識銀河。但是對銀河系的真正認識還是從近代才開始。

1750年,英國天文學家賴特認為銀河系是扁平的。1755年,德國哲學家康德提出了恆星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體系統;隨後德國數學家郎伯特也提出了類似的假設。到1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳繪出了銀河系的扁平形體,並認為太陽系位於銀河的中心。

1918年,美國天文學家沙普利經過4年的觀測,提出太陽系應該位於銀河系的邊緣。1926年,瑞典天文學家貝蒂爾·林德布拉德分析出銀河系也在自轉

特徵[編輯]

銀河系是一個中間厚,邊緣薄的扁平盤狀體。他的主要部分稱為銀盤,呈漩渦狀。

它的總質量約有太陽的一倍,直徑約為十萬光年,中央厚約1.5萬光年,邊緣厚約3000-6000光年。太陽約處於獵戶臂上距銀河系中心約27,700光年(8492秒差距)某處。

銀盤外面是由稀疏的恆星和星際物質組成的球狀體,稱為銀暈,直徑約10萬光年(30659秒差距)。

兩條旋臂的銀河系想像圖

1950年代開始以電波觀測銀河系,可以發現有4條旋臂,分別是矩尺半人馬-盾牌人馬英仙等主要旋臂。太陽位在介於半人馬與英仙臂間的次旋臂:獵戶臂中。旋臂主要由星際物質構成。但最新的研究顯示,根據NASA史匹哲太空望遠鏡所攝80萬張影像,1.1億顆恆星的最新測繪統計發現,銀河系可能只有兩條旋臂。[44]人馬臂和矩尺臂絕大部分是氣體,只有少量恆星點綴其中[45]

銀河系也有自轉。太陽系以每秒250千米速度圍繞銀河中心旋轉,旋轉一周約2.2億年。

銀河系有兩個伴星系大麥哲倫星系小麥哲倫星系

與銀河系相對的稱之為河外星系

一般認為,銀河系中的恆星多為雙星聚星。而2006年新發現認為,銀河系的主序星中2/3都是單星[46]

基於2MASS的觀測數據的銀河系紅外線畫像

年齡[編輯]

依據歐洲南天天文台研究報告,估計銀河系年齡約為136億歲(1.36×1010),幾乎與宇宙一樣老。[47]

由天文學家Luca Pasquini、Piercarlo Bonifacio、Sofia Randich、Daniele Galli以及Raffaele G. Gratton所組成的團隊在2004年使用甚大望遠鏡的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究,首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恆星內發現元素。這個發現讓他們將第一代恆星與第二代恆星交替的時間往前推進了2至3億年,因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲,因此銀河系的年齡不會低於136±8億歲。

結構[編輯]

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觀測到的銀河旋臂結構

2005年,銀河系被發現以哈伯分類來區分或應是一個巨大的棒旋星系SBc(旋臂寬鬆的棒旋星系),總質量大約是太陽質量的6,000億至30,000億倍。[48][49]有大約1,000億顆恆星。[50]

從80年代開始,天文學家才懷疑銀河是一個棒旋星系而不是一個普通的螺旋星系。2005年,史匹哲太空望遠鏡証實這項懷疑,還確認在銀河的核心的棒狀結構比預期的還大。[51]

銀河的盤面估計直徑為100,000光年,太陽至銀河中心的距離大約是26,000光年,盤面在中心向外凸起。

銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構,因此強烈懷疑它有超重質量黑洞,因為已經相信有許多星系的核心都存在超重質量黑洞。

就像許多典型的星系一樣,環繞銀河系中心的天體,在軌道上的速度並不由與中心的距離和銀河質量的分布來決定。在離開核心凸起或是在外圍,恆星的典型速度是每秒210~240公里之間。[52]因此這些恆星繞行銀河的週期只與軌道的長度有關,這與太陽系不同,在太陽系,距離不同就有不同的軌道速度對應著。

銀河的棒狀結構長約27,000光年,以44±10度的角度橫亙在太陽與銀河中心之間,他主要由紅色的恆星組成,相信都是年老的恆星。

被觀察到與推論的銀河旋臂結構

每一條旋臂都給予一個數字對應(像所有旋渦星系的旋臂),大約可以分出12段。相信有四條主要的旋臂起源自銀河的核心,她們的名稱如下(參考右側的圖):

至少還有兩個小旋臂或分支,包括:

在主要的旋臂外側是外環或稱為麒麟座環,這是天文學家布賴恩·顏尼(Brian Yanny)和韓第·周·紐柏格(Heidi Jo Newberg)提出,是環繞在銀河系外由恆星組成的環,其中包括在數十億年前與其他星系作用誕生的恆星和氣體。

銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍著,估計直徑在250,000至400,000光年。[53]由於盤面上的氣體和塵埃會吸收部份波長的電磁波,所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面(特別是旋臂)是恆星誕生的活耀區域,但是銀暈中沒有這些活動,疏散星團也主要出現在盤面上。

銀河中大部分的質量是暗物質,形成的暗物質暈估計有5.8×1011M,以銀河為中心被聚集著。[49]

新的發現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加,比早先經由仙女座星系(M31)的盤面所獲得的更多。[54]最近新發現的證據,証實外環是由天鵝臂延伸出去的,明確的支持銀河盤面向外延伸的可能性。[55] 人馬座矮橢球星系的發現,與在環繞著銀極的軌道上的星系碎片,說明他因為與銀河的交互作用而被扯碎。同樣的,大犬座矮星系也因為與銀河的交互作用,使得殘骸在盤面上環繞著銀河。

在2006年1月9日,Mario Juric普林斯頓大學的一些人宣布,史隆數位巡天在北半球的天空中發現一片巨大的雲氣結構(橫跨約5,000個滿月大小的區域)位在銀河之內,但似乎不合於目前所有的銀河模型。他將一些恆星匯聚在垂直於旋臂所在盤面的垂線上,可能的解釋是小的矮星系與銀河合併的結果。這個結構位於室女座的方向上,距離約30,000光年,暫時被稱為室女恆星噴流

在2006年5月9日,Daniel Zucker和Vasily Belokurov宣布史隆數位巡天獵犬座牧夫座又發現兩個矮星系

錢德拉X射線天文台拍攝的照片組合成的X射線銀河

太陽在銀河系中的位置[編輯]

太陽(包括地球太陽系)位在獵戶臂靠近內側邊緣的位置上,在本星際雲中,距離銀河中心7.94±0.42千秒差距[56][57][58] 我們所在的旋臂與鄰近的英仙臂大約相距6,500光年[59] 我們的太陽與太陽系,正位在科學家所謂的銀河的生命帶

太陽運行的方向,也稱為太陽向點,指出了太陽在銀河系內遊歷的路徑,基本上是朝向織女,靠近武仙座的方向,偏離銀河中心大約86度。太陽環繞銀河的軌道大致是橢圓形的,但會受到旋臂與質量分布不均勻的擾動而有些變動,我們目前在接近近銀心點(太陽最接近銀河中心的點)1/8軌道的位置上。[來源請求]

銀河系自轉及銀河年[編輯]

太陽系大約每2.25—2.5億年在軌道上繞行一圈,可稱為一個銀河年[60],因此以太陽的年齡估算,太陽已經繞行銀河20—25次了。太陽的軌道速度是217km/s,換言之每8天就可以移動1天文單位,1400年可以運行1光年的距離。

至於銀河系的自轉方向,很多人誤以為那是順時針旋轉,那是誤解。因為黃道面與銀河系平面有60度角交錯,從地球上很難斷定銀河系之自轉軸何者為南,何者為北。

海頓天象館的8.0千秒差距的立體銀河星圖,正好涵蓋到銀河的中心。

銀河系的鄰居[編輯]

NGC 7331經常被視為「銀河的雙胞胎」,從銀河系之外回顧我們的銀河或許就是這個樣子。

銀河、仙女座星系三角座星系本星系群主要的星系,這個群總共約有50個星系,而本地群又是室女座超星系團的一份子。

銀河被一些本星系群中的矮星系環繞著,其中最大的是直徑達21,000光年的大麥哲倫雲,最小的是 船底座矮星系天龍座矮星系獅子II矮星系,直徑都只有500光年。其他環繞著銀河系的還有小麥哲倫雲,最靠近的是大犬座矮星系,然後是人馬座矮橢圓星系小熊座矮星系玉夫座矮星系六分儀座矮星系天爐座矮星系獅子I矮星系

在2006年1月,研究人員的報告指出,過去發現銀河的盤面有不明原因的傾斜,現在已經發現是環繞銀河的大小麥哲倫雲的擾動所造成的漣漪。是在她們穿過銀河系的邊緣時,導致某些頻率的震動所造成的。這兩個星系的質量大約是銀河的2%,被認為不足以影響到銀河。但是加入暗物質的考量,這兩個星系的運動就足以對較大的銀河造成影響。在加入暗物質之後的計算結果,對銀河的影響增加20倍,這個計算的結果是根據麻薩諸塞大學阿默斯特分校馬丁·溫伯格的電腦模型完成的。在他的模型中,暗物質的分布從銀河的盤面一直分布到已知的所有層面中,結果模型預測當麥哲倫星系通過銀河時,重力的衝擊會被放大和加重

穿過空間的速度[編輯]

一般而言,根據愛因斯坦狹義相對論,任何物體通過空間時的絕對速度是沒有意義的,因為在太空中沒有合適的慣性參考系統,可以作為測量銀河速度的依據(運動的速度總是需要與另一個物體比較才能量度)。

因為各向宇宙微波背景輻射非常的均勻,只有萬分之幾的起伏,所以喬治·斯穆特想到一個方法,就是測量宇宙微波背景輻射有沒有偶極異向性

在1977年,美國勞倫斯伯克萊國家實驗室喬治·斯穆特等人,將微波探測器安裝在U-2偵察機上面,確切地測到宇宙微波背景輻射偶極異向性,大小為3.5±0.6 mK,換算後,太陽系宇宙中的運動速度約為390±60 km/s,但這個速度與太陽系繞行銀河系核的速度220 km/s方向相反,這代表銀河系核在宇宙中的速度,約為600多km/s。

有鑑於此,許多天文學家相信銀河以每秒600公里的速度相對於鄰近被觀測到的星系在運動,大部份的估計值都在每秒130~1,000公里之間。如果銀河的確以每秒600公里的速度在運動,我們每天就會移動5,184萬公里,或是每年189億公里。相較於太陽系內,每年移動的距離是地球冥王星最接近時距離的4.5倍。銀河在空間中運動的方向是指向長蛇座的方向。

神話[編輯]

世界各地有許多創造天地的神話圍繞著銀河系發展出來。很特別的是,在希臘就有兩個相似的希臘神話故事在解釋銀河是怎麼來的。有些神話將銀河和星座結合在一起,認為成群牛隻的乳液將深藍色的天空染白了。在東亞,人們相信在天空中群星間的霧狀帶是銀色的河流,也就是我們所說的天河

Akashaganga印度人給銀河的名稱,意思是天上的恆河

依據希臘神話,銀河是赫拉在發現宙斯以欺騙的手法誘使他去餵食年幼的赫拉克勒斯因而濺灑在天空中的奶汁。另一種說法則是赫耳墨斯偷偷的將赫拉克勒斯帶去奧林匹斯山,趁著赫拉沉睡時偷吸她的奶汁,而有一些奶汁被射入天空,於是形成了銀河。

在芬蘭神話中,銀河被稱為鳥的小徑,因為他們注意到候鳥在向南方遷徙時,是靠著銀河來指引的,它們也認為銀河才是鳥真正的居所。現在,科學家已經證實了這項觀測是正確的,候鳥確實在依靠銀河來引導,在冬天才能到溫暖的南方陸地居住。即使在今天,芬蘭語中的銀河依然使用Linnunrata這個字。

瑞典,銀河系被認為是冬天之路,因為在斯堪的納維亞地區,冬天的銀河是一年中最容易被看見的。

古代的亞美尼亞神話稱銀河系為麥稈賊之路,敘述有一位神祇在偷竊麥稈之後,企圖用一輛木製的運貨車逃離天堂,但在路途中掉落了一些麥稈。

在中國,是一段悽美的愛情故事,銀河是王母娘娘拔下頭上的金一揮,一道波濤洶湧的天河就出現了,牛郎織女被隔在兩岸,只能相對哭泣流淚。他們的忠貞愛情感動了喜鵲,千萬隻喜鵲飛來,搭成鵲橋,讓牛郎織女走上鵲橋相會,王母娘娘對此也無奈,只好允許兩人在每年七月七日於鵲橋相會。

銀河的未來[編輯]

目前觀測認為仙女座星系(M31)正以每秒300公里的速度朝向銀河系運動,在30-40億年後可能會撞上銀河系。但即使真的發生碰撞,太陽以及其他的恆星也不會互相碰撞。這兩個星系可能會花上數十億年的時間合併成橢圓星系。而來自美國天文台的發現,史密斯雲的邊緣已經與銀河系的氣體發生作用並推開圍繞銀河的氣體。銀河系會對它施加一個潮汐力,使其分裂。大約2千萬至4千萬年之後,史密斯雲的核心將會撞擊銀河系圓盤[61]

注釋[編輯]

  1. ^ Jay M. Pasachoff in his textbook Astronomy: From the Earth to the Universe states the term Milky Way should refer exclusively to the band of light that the galaxy forms in the night sky, while the galaxy should receive the full name Milky Way Galaxy. See:
  2. ^ See also Bortle Dark-Sky Scale.

參考資料[編輯]

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參見[編輯]

外部連結[編輯]