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银河系
银河系,地球和太阳所在的恒星系统。它是一个普通的星系,因其投影在天球上的乳白亮带——银河而得名。银河系呈盘状,盘的直径为25千秒差距,厚度约为1-2千秒差距。这个扁盘状恒星系统称为银盘。银盘上分布着呈旋涡结构的恒星、星团和星云。有一大质量的核球居于银盘中心,银盘被笼罩在直径约30千秒差距的银晕中。银河系质量约1.4×1011太阳质量,其中90%是恒星,10%是由气体和尘埃组成的星际物质。银河系整体作较差自转。太阳处在距银心约10千秒差距的银盘中,以每秒250公里的速度绕着银心转动,转一周需2.5亿年。银河系在本星系群中为除仙女星系外的最大星系,拥有约二千亿颗恒星。它的演化时间尺度为1010年,视绝对星等为MV=-20.5。
伽利略是第一个用望远镜发现银河由恒星组成的人。18世纪后期,威廉•赫歇耳用自制的反射望远镜进行了系统的恒星计数的观测。他计数了117600颗星,绘制了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图。由于他不知道星际消光的存在,再加上作了恒星的光度都相同的简化假设,导致他的结论与事实相差甚远。威廉•赫歇耳死后,其子约翰•赫歇耳把恒星计数工作扩展到南半天,并绘制了全天星图。1901年,卡普坦用统计视差的方法测定恒星的平均距离,求得银河系的直径为8千秒差距,厚2千秒差距,太阳居中,中心的恒星密集,边缘稀疏。1918年,沙普利提出了太阳不在中心的银河系透镜形模型,这项工作是建立在对造父变星的周光关系的研究的基础上,已得到天文界的公认。但沙普利也未考虑星际消光效应,把银河系估计过大。1930年,这一偏差被特朗普勒纠正。
射电天文学诞生后,利用中性氢21厘米谱线勾画出银河系旋涡结构,并发现太阳附近有三条旋臂。用射电天文方法观测OH、CH、CN等多种星际分子,丰富了银河系的整体结构。
按大爆炸宇宙学假说,银河系是由1010年前的大爆炸出现的引力不稳定而逐步形成的。近年还从恒星的形成和演化、元素丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度去探讨银河系的整体演化过程。在60年代,林家翘等人提出的密度波理论,较好地说明了银河系旋涡结构的维持机制。
关于宇宙的知识
宇宙结构观念的发展 远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终被证实。
公元2世纪,C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年,N.哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到:地球是绕太阳公转的行星之一,而包括地球在内的八大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系── 太阳系的主要成员。1609年,J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年,I.牛顿提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础。在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,乔尔丹诺·布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
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