星系和宇宙

□ 聞 新 朱詩嘉

從古到今，人們一直對太空中的星星充滿著好奇，并渴望了解和認識它。此外，今天的社會要求人們打開狹窄的眼界，從各種不同的途徑汲取知識和豐富自己；縱觀人類歷史的發(fā)展，認識星系和宇宙，除了能夠豐富知識之外，它還能夠影響到一個人的思維方式，甚至人生觀，所以了解星系和宇宙是非常必要的。鑒于很多人渴望了解這方面知識，但又沒有時間和精力去閱讀那些厚厚的天文書籍，本文以連載的方式、采用提問的形式和圖文并茂的模式，圍繞著“星系和宇宙”這個主題，介紹關于太陽系、銀河系、河外星系以及宇宙探測技術等問題，讓讀者和宇宙對話。

從銀河系看太陽系

銀河系是由什么構成？

在空間中的大部分物質都有一個共同特征，就是他們是可以觀察到的，這種特征被稱為可視性，所以物質的可視性實質上就是它們能夠放出或反射光線。天文學家和其他科學家通過觀測天空的星光對銀河系有一些了解。

銀河系是由大量的恒星、行星和小星體、星云和塵埃等組成，如同1所示。按照一些物理理論，銀河系還有相當多的暗物質。暗物質是看不見的，這是因為它不能放出或反射光線，但是科學家們發(fā)現(xiàn)它有質量，所以科學家可以借助于它們對其它物質所產(chǎn)生的引力來檢測到它們的存在。最近美國NASA利用“奮斗號”航天飛機運送“阿爾法磁譜儀”（見圖2所示）到國際空間站，尋找暗物質，進而探索宇宙起源問題。

圖1 天文學家們想象的銀河系

圖2 搭載“奮進號”航天飛機升空的阿爾法磁譜儀

銀河系的名字從何而來？

銀河系包含1000多億個類似太陽系的星球、巨大的塵埃云和氣體云。伽利略是第一個使用望遠鏡觀測銀河系的科學家 ，他發(fā)現(xiàn)“銀河系”是由無數(shù)顆明亮的恒星組成的。而在他之前，中國古人用肉眼看銀河系，發(fā)現(xiàn)銀河系仿佛是一條白帶，如圖3所示，這個白帶“漂流”在太空中，所以中國人一直稱它為銀河系，而英國和美國人看它像撒在地上的牛奶，所以它們稱它為The Milky Way Galaxy。

圖3 望遠鏡觀察到的銀河系

銀河系的形狀？

銀河系的形狀是螺旋式的。它像餐桌上的一個盤子，中心凸出，胳臂處于旋轉狀態(tài)，如圖4所示。如果你站在它上面看下去，它好像是一個輪狀火焰。一些年老的星球位于中心，而年輕的星球位于旋轉的胳臂上。

圖4 銀河系的形狀

圖5 利用紅外天文設備，從側面觀察到的銀河系

銀河系有多大？

銀河系是非常巨大的，前面已經(jīng)介紹過，它側看像一個中心略鼓的大圓盤（見圖5），整個圓盤的直徑約為10萬光年，兩端的厚度大約是2000多光年，中心的厚度約為6000多光年。“光年”是光在1年時間內行走的路程，1光年等于94605億公里。

銀河系是由2000多億顆星組成的。雖然銀河系是很大的，但銀河系僅僅是星系的一個部分，星系的質量至少是銀河系的100倍。

太陽系位于銀河系哪里？

很久以前，人們認為地球是宇宙的中心，太陽圍繞地球轉，銀河系也圍繞地球轉。今天，人們知道地球不是太陽系的中心，更不是銀河系的中心。

實際上，太陽系位于距銀河中心大約25000光年處（見圖6所示）。俯視看銀河系，它像一個巨大的漩渦，這個漩渦有四個旋臂組成，太陽系位于其中一個旋臂（獵戶座臂），逆時針旋轉，太陽系繞銀心旋轉一周約需要2.5億年。圖6的鼓起處為銀心是恒星密集區(qū)，故望去白茫茫的一片。

太陽系是怎樣形成的？

50億年前，太陽系是一片非常巨大的漂浮在銀河系中的塵云。一些科學家認為這些巨大的云塵，在中心引力作用下開始潰縮；另一些科學家認為銀河系中存在一個超新星，它觸發(fā)這些巨大的塵云潰縮。由于塵云的潰縮和銀河系的旋轉運動，太陽系形成一個大的圓盤型的物質。

隨著這個大圓盤的繼續(xù)潰縮，造成中心處的氣體排放，體積越縮越小、密度越來越大、內部壓力越來越大、溫度越來越高。當中心區(qū)域溫度升高而趨近于攝氏一千萬度左右時，便引起氫融合反應，也就是氫彈爆炸反應，放出射線，此時，太陽便誕生了。

類似的，在這個大盤內的巖石塊漸漸匯集，形成了巨大的內行星，也就是水星、金星、地球和火星。氣體、塵埃和遠離太陽的冰塊繼續(xù)聚集，形成了木星、土星、天王星和海王星。小行星和彗星是太陽系形成初期殘留下來的物質，也稱殘留物質。圖7所示為超新星的觸發(fā)情景到太陽系的形成。

下期預告：

下期的題名為“從星系群看銀河系”。主要圍繞銀河系的形成、銀河系的運行軌道、銀河系周圍的鄰居以及銀河系歸屬哪個星系群等問題進行介紹與討論。引導讀者認識星系群，進而站在星系群高度，了解和觀察我們的銀河系。

圖6 太陽系在銀河系中的位置

圖7 左圖是超新星的觸發(fā)情景，右圖是太陽系的形成