世界科技全景百卷书（52）遨游天河

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1、更多好书请点击 www.uus8.org 遨游天河 更多好书请点击 www.uus8.org 我们的天河 银河迢迢 我国古代把银河也叫天河、银汉。大诗人白居易在 七夕诗中有： “烟 宵微月澹长空，银汉秋期万古同，几许欢情与离恨，年年并在此宵中”。我 国现代著名的大诗人郭沫若在他的诗中也曾写道：“你看那浅浅的天河，定 然不甚宽广。我想那隔河的牛女，定能够骑着牛儿来往。我想他们此刻，定 然在天街闲游。不信，请看那朵流星，是他们提着灯笼在走”。 夏夜星空中从东北向南横跨天空的银河，宛如奔腾的急流，一泻千里。 迢迢的银河引起多少美丽的遐想和动人的故事。其实，一年四季都可以看到 银河，只不过夏秋之交看到

2、了银河最明亮壮观的部分。银河经过的主要星座 有：天鹅座、天鹰座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人马座、天蝎座、 天坛府、矩尺座、豺狼座、南三角座、圆规座、苍蝇座、南十宇座、船帆座、 船尾座、麒麟座、猎户座、金牛座、双子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎 虎座。银河在天空明暗不一，宽窄不等。最窄只 4 5 ，最宽约 3 0 。银 河为什么是白茫茫的呢？伽利略发明天文望远镜以后，带着这个不解之谜， 把望远镜指向银河，原来银河是由密集的恒星组成的。为什么只有这一“带 形” 天区的恒星最密集呢？原来是由 1 0 0 0 多亿颗恒星组成一个透镜形的庞大 的恒星体系，我们太阳系就在这个体系之中。我们从太阳系

3、向周围看到盘状 的边缘部分呈带形天区。这个天区的恒星投影最密集，这就是我们看到的银 河。这个庞大的恒星体系也由银河得名，叫银河系。 如果说地球的家是太阳系，那么银河系就是太阳之家居住的巨大恒星 城。人类对这座“城市”的认识，首先还是从认识恒星开始，逐渐把恒星和 银河连在一起进入宏观构想。1 7 5 0 年，英国天文学家赖特发表了宇宙的新 理论一书。他根据银河状况，推测恒星系统的空间分布不是在所有方向都 对称的，很可能是扁平的，银河可能是这个扁平的恒星体系在长轴方向的星 群密集外观。这是最早认识银河和银河系的人。1 7 5 5 年，德国哲学家康德在 宇宙发展史概论一书中提出恒星和银河之间可能组成

4、一个巨大的天体系 统。1 7 6 1年，德国数学家朗伯特在宇宙论书简一书中也有类似的推想， 然而，最早通过自己的天文观测研究恒星体系，要算著名英国天文学家威 廉赫歇耳。他总结了上述几位天文学家的推想并于 1 7 8 5 年，根据自己对恒 星的观测统计，绘出一幅扁平状的银河系形体，并认为太阳系位于银河系中 心区。这是第一个证实了比太阳系更高一层次的巨型天体系统的存在，具有 划时代的意义。 太阳系真的位居银河系中心区吗？ 1 9 1 8年，美国著名天文学家沙普利 用 4 年时间的观测和研究，提出太阳系不在银河系中心，而是在银河系的边 缘。银河系的中心应在人马座方向。1 9 2 6 年，瑞典天文学家

5、林得布拉德在详 细研究了恒星视运动的基础上，分析出银河系也在自转，把对银河系的认识 大大向前推进了一步。1 9 2 7 年，荷兰天文学家奥尔特证明我们所在的巨大恒 星系统银河系确实在绕中心自转，同时说明银河系的整体不是固体，越 靠近中心，自转越快，银河系边缘自转缓慢。一代一代的天文学家们的成果， 认识银河系的真面貌，奠定了有关银河系的知识基础，揭示出我们居住在蔚 然壮观的恒星城。 更多好书请点击 www.uus8.org 银河在我国古代诗文中有许多富于诗意的别名： 银河 （银河沙涨三千界白居易） ； 天河 （雨收残水入天河王建） ； 星河（三峡星河影动摇杜甫）；明河（明河川上没戴叔伦）；长河

6、（长河渐落晓星沉李商隐）；秋河（秋河曙耿耿谢朓）；绛河（云 销出绛河王维）；银汉（梦长银汉落李白）；银潢（银潢左界上通 灵苏轼）；河汉（微云澹河汉孟浩然）；云汉（浮云汉之汤汤 张衡）；天汉 （天汉回西流魏文帝）；天津 （朝发韧于天津兮屈原）。 此外，在古诗中，银河还有天潢、天杭、星汉、绛霄、丹霄、天江、倾河、 天横等别名。 夏天无月的夜晚，你昂首仰视，可以看到布满星星的天空有一条白蒙蒙 的光带，从南向北，横贯苍穹，好像一条奔腾的江河，人们称之为银河。 “天 河”“星河”“银浦”“银汉”等等都是我国古人给它的别称，西方英语里 的银河则是“牛奶色道路”的意思。 别忘了，夜晚我们看到的只是半个天空，

7、还有半个天空在地球的另外半 面，所以我们看到的往往只是半圆银河，另外半圈银河在地平线以下。两个 半圈合起来，才构成环绕地球的一个“银环”。 地球还在不停的运动中，既有自转，又有公转，所以在不同的季节，我 们看到的银河的模样和走向也大不相同。 银河真的是波浪翻卷的河流，或是仙后洒下的乳汁，或是水汽凝成的白 雾吗？ 最先揭开这个秘密的是伽利略。1 6 0 9 年，当他第一个把一架小望远镜指 向银河的时候，就一切都明白了，原来根本不是什么河流、乳汁或雾气，而 是密密麻麻、不计其数的恒星，这些恒星像爽身粉中的粉粒一样多，它们交 相辉映，人眼看起来像是一条白茫茫的光带。 虽然伽利略对自己的这一发现倍感惊

8、奇，但他首要的历史使命是构筑宏 伟的经典力学大厦，再加上宗教方面的原因，所以他把进一步研究银河的任 务留给了后来者。 没有水的天河 一年四季，无论你是在我们国家的什么地方，也无论你是在地球上的什 么地方，晚间，都可以看到天空中那条像轻纱般的、白茫茫的“天河”。如 果是在夏季，又恰逢月亮不出现在天空中的那些日子里，也没有其他灯光等 干扰，天河就显得特别明亮，特别吸引人们的注意，它简直像是一条没有尽 头的长河，在众星间奔流不息。 其实，银河不是河，银河里既没有水，也没有奶。只要有一架哪怕不大 的望远镜，就可以看出银河是由密密麻麻的星星组成的，因为它们太多也太 密，远远看去它们就连成一片白茫茫的亮光

9、了。 为什么天上别的天区中星星都是比较稀疏的，唯独银河这条带状的天空 部分内，集中了那么多的星星呢？ 其实，从星星在空间的情况来看，天河里的星星和天河外的星星，分布 的稀密程度大体上是差不多的。只是，它们都集中在一个很大的范围里，自 成系统。这个主要由星星组成的很大的天体系统，有着一个你大概想象不到 的形状，它像个中间隆起、边缘较薄的大“烧饼”。这个星星“烧饼”可真 更多好书请点击 www.uus8.org 大，从这一头的边缘到那一头的边缘，一秒钟能“走” 3 0万公里的光线得 走 8 万年以上，我们就说它的直径是 8 万多光年。“烧饼”中间隆起的部分 叫做“核球”，直径也有好几千光年。 这个

10、庞大的天体系统包含有一二千亿颗恒星，我们的太阳只是其中普通 的一员。太阳并不在这个天体系统的中间部分，而是比较靠近边缘，距离附 近边缘约 2 万来光年，也就是说，距离“烧饼”中心也有二三万光年，距离 最远处的边缘则超过五六万光年。太阳离“烧饼”上下两面的距离差不太多， 都是几千光年。地球绕着太阳转，所以我们也是在这个 “烧饼”里面，从“烧 饼”大小的角度来看我们地球，地球就在贴近太阳非常非常近的地方。 这样一来，我们向四面八方看出去，看到各部分天空星星稀密的程度就 不完全一样了。当我们向“烧饼”四周边缘部分看过去时，就会觉得星星从 四周围着我们，这情景跟我们在田野里看四周远近不等的绿树丛的情况

11、是一 样的，我们会觉得绿树似乎连成了一条绿色带子围在我们四周。如果向“烧 饼”中心和最远边缘方向看过去，那里的星星显得特别密集，这就是夏天晚 上我们看到的天河部分，它明亮而显眼。在太阳附近边缘的方向上，星星的 密集程度比不上远处，但还是相当密集的，这就是我们冬夜看到的天河部分， 这部分天河比起夏夜天河来，要稍暗些。只是朝“烧饼”上下两面的方向看 出去时，看到的星星才是稀稀落落的。 天河又叫银河，所以我们这个星星“烧饼”就叫“银河系” 四条旋臂 1 9 8 2 年，美国天文学家贾纳斯和艾德勒完成了银河系 4 3 4 个银河星团的 图表，发表了每个星团的距离和年龄。他们绘制了太阳附近年龄不超过 2

12、 0 0 0 万年的银河星团的分布图，从该图上根本看不出有什么旋涡结构，而只有一 小段、一小段与局部恒星形成有关的零散的旋臂，“旋涡”幻影来源于银河 系复杂的旋转特性：在银盘中各处独自形成恒星的发源地，总有机会沿银河 系的旋转方向形成“串珠”，与此同时，也就出现了小段旋臂。虽然经过几 千万年，银河星团中大质量的星几乎都死亡了，星团也不如原先那样明亮了， 旋臂图象也就淡漠了，但新形成的年轻星团又继续显现出“幻影旋涡图案。” 我们银河系究竟有没有旋涡结构？是大尺度的双臂结构或四臂结构，还 是零散的，断续状的局部旋涡结构？不同天体成分形成的旋涡图案为什么不 一致？这些未解之谜仍有待于天文工作者进一步

13、地探索。 本世纪 3 0 年代，光学天文工作者开始解开银河系结构之谜，测知银心在 人马座方向。经过 2 0 多年的努力，终于确认和描绘出太阳附近的三条旋臂： 靠近银心方向的是人马座旋臂，太阳位于猎户座旋臂的内侧，再往外是英仙 座旋臂。旋臂间距约为 2 千秒差距（太阳距银心约 8 千秒差距）。旋臂内集 中了较多年轻的大光度 O 型和 B 型星，以及电离氢（H ）区等。在太阳系以 南不远处，有一条亮星集中的带状区域，带长 7 0 0 秒差距，宽 7 0 秒差距，从 猎户臂的下端伸出，指向银心，这就是有名的谷德带，带中约有 2 0 万颗星。 重要的一点是，看来太阳不是旋臀的成员。 1 9 8 2 年

14、，天文学家又发现了银河系的第四条旋臂，该臂跨越狐狸座和天 鹅座，距银心 1 4 千秒差距，即在太阳外侧约 6 千秒差距的地方，此臂由大小 为 6 0 8 0 秒差距的许多分子云组成，形成串珠状。 更多好书请点击 www.uus8.org 旋涡结构 由于星际气体和尘埃的消光作用，光学望远镜难以看到更远的恒星，值 得庆幸的是，1 9 5 0 年，发现了星际氢原子（中性氢，常用 H I 表示）2 1 厘米 波长发射谱线，它帮了我们的大忙。遥远的 2 1 厘米（即频率为 1 4 2 0 兆赫） 射电辐射，能够穿透“云山雾障”到达地球。但由于银河系的自转，按照多 普勒效应，2 1 厘米波长的氢谱线不仅变

15、宽，而且还发生频率移动。谱线的频 率移动值越大，就表示发出该谱线的射电源的相对视向速度越大，也就是说， 该射电源离我们越远。 其次，如果射电源里面 H I的含量越多，它们发射出的辐射强度也就越 大。这样，从射电观测资料便可推算出，在所测方向上的星际中性氢的含量， 以及它们到观测者的距离。 C O 分子形成第四条旋臂 遗憾的是，在比较浓密的星际云中，氢不再是以原子的状态存在，因而 这些云不能利用 2 1厘米氢谱线探测到。好在一些分子云中混杂有一气化碳 （C O ）分子，通过对它的探测，便可以知道一些星际云的分布情况。 1 9 7 0 年， 美国贝尔实验室的威尔逊等人，首先探测到波长为 2 6 毫

16、米 （频率为 1 1 5 2 7 1 兆赫）的一氧化碳放射线。经过几年的努力，到 8 0 年代初，科学家基本搞清 楚了一气化碳在银盘中的分布情况：和 H I 的分布情况不一样，一氧化碳分子 基本上集中在距离银心 1 2 0 0 0 2 4 0 0 0 0 光年的一个扁圆形大环中，在距银心 1 7 0 0光年的地方密度最大，含有这种一氧化碳分子诞生恒星的冷云层厚约 3 0 0 光年。而 H I 的分布则是从距离银心 1 2 0 0 0 光年的地方开始，一直延伸到 银河系的边缘 5 0 0 0 0 光年处，它的厚度也比一氧化碳的云层为厚。 从一些河外旋涡星系的照片可以看到：亮气体星云（电离氢区，H ）主 要沿旋臂分布。它们是旋涡结构极好的“示踪天体”。在可见光和射电波段 都能接收到它们的辐射，测量这些谱线的频移便可获得它们的视向速度。如 果知道银河系的旋转曲线，还可推算出它们的距离。法国马赛天文台的 Y M 和 Y P 乔治林对银河系中 2 6 8 个