我們的家鄉(xiāng)

在20世紀，天文學家繪出了很大的天圖，遠遠超出了太陽系和整個銀河系。可是最近幾年來，宇宙制圖學家又重繪了銀河系的圖像，那是為什么？因為有許多天體過去一直未能見到。

銀河系是太陽系所在的恒星系統(tǒng)，聚集了2000余億顆恒星和大量的星團、星云，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的直徑約為100000光年，中心厚度約為12000光年，總質(zhì)量是太陽質(zhì)量的1400億倍。銀河系是一個旋渦星系，具有旋渦結(jié)構，即有一個銀心和四個旋臂，旋臂相距4500光年。我們的太陽位于銀河系的一個支臂獵戶臂上，到銀河中心的距離大約是26000光年。若從側(cè)面看去，銀河系像一個橢圓平面，稱為銀盤；其中心部位鑲嵌著一個球形區(qū)域，稱為銀核，直徑達8000光年，這里是星球、氣體、塵粒密集處；而最中心處，則是人馬座A^*（簡稱A^*星）的“寶座”。

令人吃驚的是，我們星系還是一個反物質(zhì)大工廠，在銀心處，每秒進行一次電子和反電子（即正電子）各100噸的大碰撞，其結(jié)果是發(fā)射出灼熱的伽馬射線閃光。銀河系極大部分的輻射（從可見光到伽馬射線）主要出于銀核，那里居住著大量光輝耀眼的短命新星。但對湮滅的輻射之源有不少看法：一說為暗物質(zhì)衰變的結(jié)果，也可能是宏觀黑洞所噴出；另一說是超新星爆發(fā)產(chǎn)生的結(jié)果；還有一說是黑洞或中子星，在它們“大吃恒星”時也可能暴出湮滅輻射。總之，其情況深奧莫測。

研究者近來說，還有一種新情況：若銀河系的磁場發(fā)生變化，也會輻射出正電子，而且它們往往在湮滅之前飛奔幾萬光年。最后，天文學家要重點考慮A^*星，它是一個中心巨型星洞，其質(zhì)量約為太陽的400萬倍。它一般處于平靜狀態(tài)，有如火山之休眠。但幾百萬年前，它曾噴發(fā)過一次正電子，形成一個球狀的湮滅暈圈，不過尚未見到它發(fā)出的伽馬射線。黑洞當然不會發(fā)出任何東西，這里所說的發(fā)出正電子，是指光物質(zhì)以日益加快的速度逼近黑洞時，必將在黑洞近旁有碰撞，從而產(chǎn)生的各種高能現(xiàn)象。

由于黑洞本身是不可見的，天文學家通過測量那些繞行于黑洞的星球途徑判斷出它的存在。有兩個研究小組（美國和德國）一直在進行這項工作，已有20年了。他們說，到2018年，人們將看到一顆星——S02，它處于離A^*星最近的距離上，其間隔約為太陽至冥王星的3倍。這顆星將盤旋著經(jīng)過黑洞，天文界將借此檢驗相對論，因為它曾具體地預言物質(zhì)接近強引力場的行為。他們說：“這是從未做過的在最大質(zhì)量范圍上的引力實驗。”

新的改進了的望遠鏡，將為人們提供更佳的觀測機會。諸如甚大望遠鏡和蓋密尼望遠鏡（智利），它們均裝配有最新的光學配件，能向天空發(fā)出多條激光，以做觀察精確導向，故這一技術能校正因地球大氣所產(chǎn)生的干擾效應。2012年夏，銀心研究專家A.吉改進了對銀河中心的觀測，其最終目的是：從現(xiàn)在觀測離A^*星0.3光年的星球，改到遠至3光年的距離。

處在A^*星周圍的并非僅是星球，還有氣云也在做它們的死亡之旅。利用甚大望遠鏡，天文學家給黑乎乎的一團拍了照，它正在加速飛行，從2004年的1200千米/秒至2011年的2350千米/秒，它已被拉長為一股“面條”，直奔A^*星。其中氣云的主要部分將落入黑洞，此時將輻射出超X射線。天文學家說：“這絕對是十分珍奇的，我們將實時見到，但我們確實不知道還會產(chǎn)生什么現(xiàn)象。”

在銀河系的中心部位，為何以及如何形成這個球狀的銀核，仍是一個謎。大多數(shù)理論家認為，在銀河系于120億～130億年前形成后不久，那些星球就聚在一起，形成一個凸出部分。過了10億年，這些天體就慢慢地聚成了這球狀區(qū)域。但對銀核星球的最新研究指出，其中大量的星球，其年齡比預期的小，在20億-50億年。天文學家M.里奇說，我們需要計算這些年輕星球是否屬外來戶。

在銀核中還有一條星球密布之帶，它沿著銀盤的平行方向插入，并貫穿了整個銀核，形成了一個星球稠密的柱狀區(qū)（稱銀柱）。這一柱狀區(qū)的兩端有大量星球流出，以形成銀河系的典型玩具風車形狀。

里奇的探測揭示出一個珍稀特征，那就是這一柱狀區(qū)的旋轉(zhuǎn)形態(tài)像一個圓柱體那樣滾動，甚至還帶動著銀河系的其余部分。這種情況在其他星系中也有所見，也許在宇宙中具有普遍性。

新的理論有可能搞清這些問題。中國的一個天文學家小組，正在用電腦模擬銀核的形成。他們根據(jù)里奇有關銀核軸向速度來分析數(shù)據(jù)，其結(jié)果跟目前的主流理論（認為原始銀河必跟其他星球盤相碰過，而當所有殘存物拼合在一起時，就形成了銀核）相反。他們認為，原始星系旋轉(zhuǎn)盤可能自然地產(chǎn)生了一個手柄狀的柱體，繼而它慢慢地變得密厚，形成如今的模樣。

這個模型為銀核和柱（狀）體的形成提供了一個直接的解釋。帶柱狀的星系大多有漂亮對稱的旋臂，就像我們的銀河系。

本杰明說：“星系天文學有如一個巨大的拼板玩具，那里有不少拼板放錯了地方。”20世紀50年代，天文學家第一次糾正了一些拼板的位置。由于追蹤中性氫氣體的分布，其譜線在21厘米上，這意味著它能通過空間而不被塵埃所阻。突然間，科學家看到來自銀河系那一邊的氣云信號，從而使得科學家繪出銀河系的大結(jié)構。不過，直至最近的10年，天文界利用其他數(shù)據(jù)才獲得明確的結(jié)果。

例如，2008年，哈佛斯密松寧中心的研究者T.戴姆和P.撤迪厄斯報告說，他們發(fā)現(xiàn)了一條彎曲的臂，處于銀心的遠邊。這條臂現(xiàn)被稱為3一KPC，十分類似于近地球這邊的那條臂的對偶。2011年7月，他們又發(fā)現(xiàn)了一條最遠的臂，現(xiàn)在知悉，它是Scutum Centinuation旋臂的一部分，而該臂有時消失在銀河的另一側(cè)，而后又在目前觀測到的一側(cè)重新出現(xiàn)。

戴姆說，我們的星系有著驚人的地方。迄今，對銀河系結(jié)構的最佳科學概括，并非像教科書上所說的，卻是一張圖，是一幅藝術性的星系概念圖，就像一個從上方看下去的、美麗的鏡像旋渦（十分對稱）。他說，銀河系并不像模型所顯示的那樣有序。

不久的將來，天文界可能做一次大規(guī)模的測量，它將利用脈沖（這是一種天文現(xiàn)象，它如一個激光口，將放大天文輻射）繪出星系的結(jié)構。他們將在5年中精確測量銀河系中約400個脈沖的距離，這包括穿過銀心直至星系那一邊的遠方。

這一測量早就引起了人們的關注。它的初步工作表明，太陽至銀心的距離以及銀河系自身旋轉(zhuǎn)的速度，前者為2.74萬光年，后者為每秒250千米。而太陽系繞中心一周需要2.3億年。

高速旋轉(zhuǎn)，意味著銀河系的質(zhì)量要比過去預期的大上5%。里奇等人于2008年報告說，若如此，那么銀河系和仙女星系相互的吸引拉力將把它們拉到一起，并加速碰撞。

繪制出一幅完好的整個銀河系天圖可并非易事，不過這項巨大測繪工程已經(jīng)開始。歐洲空間局的“蓋婭”飛船將探測接近太陽系區(qū)域的10億顆天體，這相當于銀河系天體總數(shù)的1%。若此項工作成功，無疑為研究銀河系開拓了新紀元。

本杰明說：“我們現(xiàn)在正使用一切方法去繪出銀河系。人們都在關注老數(shù)據(jù)的更新和新的發(fā)現(xiàn)。”現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)，在銀盤外面有一個含有稀疏星球的暗的球狀暈，和緊緊聚在一起的球狀星團，它們都在銀河系內(nèi)運行。這樣看來，銀河系的總跨度遠遠超出10萬光年，而是30萬光年。

（盛文娟 插圖）