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第10章 银河系旋臂有什么谜?

星系分为四类,其中不规则星系占3%,椭圆星系占17%,漩涡和棒旋星系占80%。银河系属漩涡星系中的第二类。

20世纪30年代,人们开始破解银河系结构之谜。40年代,荷兰科学家赫尔斯特认为冷氢能发出一种射电辐射。当时德国占领着荷兰,科研陷于停顿。到1951年,探测这种辐射的工作由美国天文学家尤恩和珀塞尔完成。

这项探测工作非常重要,于是在测定氢云的分布和运动的基础上,揭示了银河系的螺旋结构,进而发现许多河外星系也是螺旋结构。

到现在为止,人们已发现银河系有四条对称的旋臂,即靠近银心方向的人马座主旋臂、猎户座旋臂和英仙座旋臂,太阳就位于猎户座臂的内侧。20世纪70年代期间,人们探测银河系一氧化碳分子的分布,才发现了第四条旋臂,它跨越狐狸座和天鹅座。1976年,两位法国天文学家绘制出这四条旋臂在银河系中的位置,这是迄今最好的银河系漩涡结构图像。

为什么银河系会存在漩涡结构呢?一般说法认为是由于银河系的自转。20世纪20年代,荷兰天文学家奥尔特认为,恒星围绕银心旋转就像行星围绕太阳一样,并且距银心近的恒星运动得快,距离远的运动得慢。他算出太阳绕银心的公转速度为每秒220千米,绕银心一周要花2.5亿年。

为什么会存在旋臂构造呢?按说,这些旋臂随银河系运转应越缠越紧。太阳绕银心已转了约20周了,应缠得很紧了,看不到旋臂了。为此,1942年,瑞典天文学家林德布拉德提出“密度波”概念。1964年,美籍华裔科学家林家翘发表了系统的密度波理论,初步解释了旋臂的稳定性。

1982年,美国天文学家贾纳斯和艾德勒完成对银河系434个银河星图的图表绘制,说明了每个星团的距离和年龄。他们发现,银河系并没有漩涡结构,而只是一小段一小段的零散旋臂,漩涡只是一种“幻影”,这是因为银河系各处产生的恒星总是沿银河系旋转方向形成一种“串珠”。而不断产生的新恒星连续地显现着漩涡的幻影。这的确是一次严重的挑战,至今还难于回答银河系究竟有没有漩涡结构?是大尺度连续的双臂或四臂结构,还是零散的局部旋臂?