星系和宇宙

□ 闻 新 朱诗嘉

从古到今，人们一直对太空中的星星充满着好奇，并渴望了解和认识它。此外，今天的社会要求人们打开狭窄的眼界，从各种不同的途径汲取知识和丰富自己；纵观人类历史的发展，认识星系和宇宙，除了能够丰富知识之外，它还能够影响到一个人的思维方式，甚至人生观，所以了解星系和宇宙是非常必要的。鉴于很多人渴望了解这方面知识，但又没有时间和精力去阅读那些厚厚的天文书籍，本文以连载的方式、采用提问的形式和图文并茂的模式，围绕着“星系和宇宙”这个主题，介绍关于太阳系、银河系、河外星系以及宇宙探测技术等问题，让读者和宇宙对话。

从银河系看太阳系

银河系是由什么构成？

在空间中的大部分物质都有一个共同特征，就是他们是可以观察到的，这种特征被称为可视性，所以物质的可视性实质上就是它们能够放出或反射光线。天文学家和其他科学家通过观测天空的星光对银河系有一些了解。

银河系是由大量的恒星、行星和小星体、星云和尘埃等组成，如同1所示。按照一些物理理论，银河系还有相当多的暗物质。暗物质是看不见的，这是因为它不能放出或反射光线，但是科学家们发现它有质量，所以科学家可以借助于它们对其它物质所产生的引力来检测到它们的存在。最近美国NASA利用“奋斗号”航天飞机运送“阿尔法磁谱仪”（见图2所示）到国际空间站，寻找暗物质，进而探索宇宙起源问题。

图1 天文学家们想象的银河系

图2 搭载“奋进号”航天飞机升空的阿尔法磁谱仪

银河系的名字从何而来？

银河系包含1000多亿个类似太阳系的星球、巨大的尘埃云和气体云。伽利略是第一个使用望远镜观测银河系的科学家 ，他发现“银河系”是由无数颗明亮的恒星组成的。而在他之前，中国古人用肉眼看银河系，发现银河系仿佛是一条白带，如图3所示，这个白带“漂流”在太空中，所以中国人一直称它为银河系，而英国和美国人看它像撒在地上的牛奶，所以它们称它为The Milky Way Galaxy。

图3 望远镜观察到的银河系

银河系的形状？

银河系的形状是螺旋式的。它像餐桌上的一个盘子，中心凸出，胳臂处于旋转状态，如图4所示。如果你站在它上面看下去，它好像是一个轮状火焰。一些年老的星球位于中心，而年轻的星球位于旋转的胳臂上。

图4 银河系的形状

图5 利用红外天文设备，从侧面观察到的银河系

银河系有多大？

银河系是非常巨大的，前面已经介绍过，它侧看像一个中心略鼓的大圆盘（见图5），整个圆盘的直径约为10万光年，两端的厚度大约是2000多光年，中心的厚度约为6000多光年。“光年”是光在1年时间内行走的路程，1光年等于94605亿公里。

银河系是由2000多亿颗星组成的。虽然银河系是很大的，但银河系仅仅是星系的一个部分，星系的质量至少是银河系的100倍。

太阳系位于银河系哪里？

很久以前，人们认为地球是宇宙的中心，太阳围绕地球转，银河系也围绕地球转。今天，人们知道地球不是太阳系的中心，更不是银河系的中心。

实际上，太阳系位于距银河中心大约25000光年处（见图6所示）。俯视看银河系，它像一个巨大的漩涡，这个漩涡有四个旋臂组成，太阳系位于其中一个旋臂（猎户座臂），逆时针旋转，太阳系绕银心旋转一周约需要2.5亿年。图6的鼓起处为银心是恒星密集区，故望去白茫茫的一片。

太阳系是怎样形成的？

50亿年前，太阳系是一片非常巨大的漂浮在银河系中的尘云。一些科学家认为这些巨大的云尘，在中心引力作用下开始溃缩；另一些科学家认为银河系中存在一个超新星，它触发这些巨大的尘云溃缩。由于尘云的溃缩和银河系的旋转运动，太阳系形成一个大的圆盘型的物质。

随着这个大圆盘的继续溃缩，造成中心处的气体排放，体积越缩越小、密度越来越大、内部压力越来越大、温度越来越高。当中心区域温度升高而趋近于摄氏一千万度左右时，便引起氢融合反应，也就是氢弹爆炸反应，放出射线，此时，太阳便诞生了。

类似的，在这个大盘内的岩石块渐渐汇集，形成了巨大的内行星，也就是水星、金星、地球和火星。气体、尘埃和远离太阳的冰块继续聚集，形成了木星、土星、天王星和海王星。小行星和彗星是太阳系形成初期残留下来的物质，也称残留物质。图7所示为超新星的触发情景到太阳系的形成。

下期预告：

下期的题名为“从星系群看银河系”。主要围绕银河系的形成、银河系的运行轨道、银河系周围的邻居以及银河系归属哪个星系群等问题进行介绍与讨论。引导读者认识星系群，进而站在星系群高度，了解和观察我们的银河系。

图6 太阳系在银河系中的位置

图7 左图是超新星的触发情景，右图是太阳系的形成