旅行到时空边缘—银河帝国的壮丽景象！

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：第12章银河帝国那是一个无比庞大的恒星帝国帝国的居民们银河系是一个庞大的恒星帝国，其主体是一个扁平的盘状体—银盘，从侧面看，如同一个巨大的飞碟，静静地悬浮在宇宙里。银河帝国的恒星数量众多，估计大约在1000亿至4000亿之间，现在大多数天文学家喜欢用3000亿这个数字。这些恒星犹如一颗颗璀璨的宝石，把庞大的银河帝国装点得绚丽多彩，熠熠生辉。太阳围绕银河系中心运行一圈需要2.5亿年，这也称为一个银河年。

第12章　银河帝国

那是一个无比庞大的恒星帝国

帝国的居民们

银河系是一个庞大的恒星帝国，其主体是一个扁平的盘状体—银盘，从侧面看，如同一个巨大的飞碟，静静地悬浮在宇宙里。

银盘的直径约10万光年，假如一艘宇宙飞船始终保持每秒3000公里的速度，它沿直径穿越银盘需要花上1000万年时间。

银河帝国的恒星数量众多，估计大约在1000亿至4000亿之间，现在大多数天文学家喜欢用3000亿这个数字。

银河系的恒星居民彼此差异极大，几乎没有两个是完全一样的。最亮的恒星一天发出的光，比太阳在2000年内发的光还多；最暗的恒星如此暗淡，亮度不及太阳的百万分之一，如果用它代替太阳，正午时分的天空将比满月的夜晚还要昏暗。温度高的恒星闪耀着旺盛的蓝色火焰；温度低的恒星发出暗淡的红色光芒。最古老的恒星可以追溯到130亿年前的银河系形成之初；最年轻的恒星今天才刚刚发出它的第一缕光芒。速度最快的恒星时速达到400万公里，这速度可以使它远远地逃离银河系，成为宇宙空间的流浪儿；最慢的恒星则慢慢地游荡，最后难逃坠入星系中央黑洞的厄运。体积大的恒星能够装下几万亿个太阳，体积小的恒星就像地球大海中的小岛。寿命最长的恒星可以发光几万亿年；寿命最短的恒星则只有几百万年。

这些恒星犹如一颗颗璀璨的宝石，把庞大的银河帝国装点得绚丽多彩，熠熠生辉。

银河系的侧面效果与仙女座里编号为NGC891的星系很类似，是一个扁平的盘状体。

旋涡形的结构

从正面看，银河系是一个巨大的旋涡，中央有一个长达两万多光年的棒，从棒的两端伸展出两条巨大的旋臂，两条大旋臂又分叉出若干小旋臂，太阳就位于一条叫猎户臂的小旋臂内侧，猎户臂的外面是英仙臂，里面是人马臂。

通常人们会认为，旋臂比较明亮，是因为里面的恒星密度大，而旋臂之间的暗区恒星密度小。1930年代，美国天文学家巴特·博克和同事们就持这样的观点，他们花费了十多年光阴在不同方向计数恒星，希望发现银河系的旋臂结构。他们期待，恒星数量在银盘的某个距离段急剧增加，某个距离段骤然减少，可结果令他们非常失望，恒星密度没有随着距离明显变化。

原来，旋臂之所以明亮，并非因为恒星密度大，而是里面亮星多。旋臂里含有更多的气体，能诞生更多的大质量恒星，它们燃烧猛烈，是明亮的蓝色超巨星，正是它们把旋臂照亮。由于大质量恒星寿命比较短，当它们走出旋臂的时候，差不多也该熄灭了，旋臂之间由于缺少明亮的蓝色超巨星而显得相对暗淡。

太阳距离银河系中心约27000光年，这个数据通常在26000至28000之间变动。鉴于这个大圆盘的直径有10万光年，我们在地球夜空里肉眼所见的满天繁星—约6000颗恒星，都是太阳的近邻，大都位于右图中的小红圈内。

太阳围绕银河系中心运行一圈需要2.5亿年，这也称为一个银河年。在一个银河年里，地球上能发生怎样的变化呢？为了便于比较，我们把一个银河系也划分为四个季节12个月。当太阳在上一圈位于现在这个位置的时候，也就是2.5亿年前，是上一个银河年的开始，我们来看一下这一个银河年里地球上发生的主要事件：

上一个银河纪年：

一月底，也就是大约2.3亿年前，恐龙在地球上诞生；

三月份，也就是那个银河年的春天，恐龙大大兴盛，它们主宰了陆地、天空和海洋；

七月份，恐龙开始衰落；

九月底，也就是那个银河年的秋天—6500万年前，恐龙在地球上灭绝了。

从正面看，银河系像一个巨大的旋涡，直径有10万光年。我们在夜空中看到的绝大多数星星，都在图中那个小小的圆圈之内。

距年底只剩下三天的时候，人类在地球上诞生。

三天后，太阳回到了起点，一个新的银河年开始，人类成功统治地球。上一个银河年的最后一刻钟—6000年前，人类开始进入有文明的历史。人类统治地球的时间，会超过恐龙吗？

坐地巡天看银河

地球绕太阳公转的轨道平面并不和银盘平行，而是有63度的夹角，这样，在地球围绕太阳公转一周的过程中，地球相对于太阳处于银河系的不同方向，星空和银河就呈现出不同的风貌。

冬天，地球运行到猎户臂一侧，相对于太阳处于银河系边缘。夜晚，我们看到的是猎户臂一侧的银河。在猎户旋臂里，有很多明亮的星，如猎户座的参宿众星，它们把冬夜的星空装点得极为璀璨。

随着冬天转为春天，地球相对太阳来到了银盘上方—银盘北方，夜晚，仰望头顶的星空，视线和银盘接近垂直，所以银河低垂于四周，星空暗淡，亮星较少，只有牧夫座的大角星非常醒目，那是离我们只有37光年的近邻。

夏天，地球运行到了人马臂一侧，夜晚的银河再次高高升起，那是人马臂的银河。夏夜星空里虽然也有不少亮星，但还是比冬夜要少，这是因为太阳系位于猎户臂的内边缘，里边就是猎户臂与人马臂之间宽达几千光年的暗区。

秋天的银河又是另一番景象，地球相对太阳转到了银盘下方—银盘南方，由于视线远离银盘，秋夜星空同春夜一样暗淡，只有南鱼座的北落师门一颗亮星，显得极为孤单，那是离我们只有21光年的近邻。

身处地球，我们可以试着去感知银河那巨大的银盘。银河高挂头顶时，那是银盘竖立在太空，你的身体此时是和银盘平行的，把你的身体放大10万亿亿倍，你的头和脚就触及银河系的边缘了。你可以尝试着摇摆一下身体，看看能否体会到银盘随着你晃动的感觉。

地球绕太阳的公转轨道与银河旋臂的关系，它导致一年四季的银河风貌不同。

当银河几乎与地面相平时，你就是站立在银盘平面上，身体与银盘垂直，设想你脚踩着巨大的银盘，驾驶着这个旋转的飞盘以200多万公里的时速在宇宙太空飞驰，那是怎样的一种感受呢？

帝国的首府

银河恒星帝国的首府—过去称核球，现在称中央棒，就隐藏在人马座后面那段粗壮的银河里。从地球上看，这个棒的大部分恒星偎依在半径只有8度的圆形天区内，比人马座的茶壶大不了多少，棒中恒星分布密度比太阳附近高得多。如果我们居住在那里，夜空会有几百万颗比天狼星还要亮的恒星，夜晚将和白天一样明亮。

银盘的星际介质把银河系中心的奥秘严严地遮盖起来。平均来说，银盘中每立方厘米就有一个原子的星际介质，与之相比，地球空气每立方厘米有2500亿亿个分子，因而银盘中星际介质的密度是极低的。但由于银盘十分庞大，这些星际原子加在一起，总质量有几十亿个太阳。

这样，星光从银河系中央射出，要突破星际介质的重重包裹才能出来。如果1万亿个黄色光子从银心出发向我们飞来，只有一个能到达地球，银河中央的视亮度也就比真实亮度暗了1万亿倍。即使像天津四这样的明亮巨星，如果放到银河系中心，就是用地球上最大的望远镜也看不见。

然而，大自然并非将它的奥秘完全隐藏，天文学家们可以通过其他途径窥探银河系中心。星际尘埃虽然能遮挡可见光，却挡不住射电波和红外线，因为它们的波长比可见光更长，能够轻易绕过星际尘埃颗粒。20世纪末以来，射电和红外天文学家已经绘出了银心区的详细图像，银心的秘密渐渐显露出来。

银河系中央是一个很致密的区域，叫银核，直径不到10光年，里面聚集着一大批年轻的大质量蓝色巨星，总质量有1000万个太阳，恒星分布密度比太阳附近大20万倍。如果没有气体和尘埃物质的遮挡，银核的亮度将超过满月，成为夜空中最明亮的天体，不过看上去只是一个星点。

银心的超级黑洞

银核中央有一个称为人马座A的复杂结构，其中有一个强大的无线电波源—人马座A*，那是真正的银心，一个超级黑洞就位于这里。

这是一个直径约4400万公里的区域，中央黑洞重约430万个太阳。围绕人马座A*的星体速度比银河系内其他星体的速度都要高，大约每11分钟旋转一圈，这些恒星和云气轨道的核心并没有可见的天体，那就是银河系中央黑洞的位置。2013年，一个巨大的气体云团以800万公里的时速撞向黑洞，被黑洞巨大的潮汐力撕裂。

巨大银盘的外围，包裹着近似球形的银晕，直径约30万光年。这里恒星的密度比银盘中要低得多，不过由于球状星团相当巨大，它们可以远离银盘，广泛地分布在银晕中，已发现的两百多个球状星团，有160个分布在银晕中。

帝国的殖民地

银晕外面，已经没有恒星，但还稀疏地分布着一些气体物质，大致呈球形包围着银河系，叫银冕，它延伸的距离是银盘直径的数倍，达到六十多万光年。

银河系帝国的外围，有至少十个被银河系的引力牢牢抓住的小星系，它们受银河系引力控制，老老实实地围绕着银河系旋转，是强大银河帝国的殖民地。在这些伴星系中，最大的两个是大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。大麦哲伦星系大约有100亿颗恒星，小麦哲伦星系大约有20亿颗恒星，不要想当然地认为它们是小星系，在宇宙的全部星系中，这两个星系依然算是大的。

银河系最遥远的两个伴星系位于银盘遥远的北部边陲，它们是狮子座Ⅰ和狮子座Ⅱ，两个星系到银心的距离分别是89万光年和72万光年，它们像两尊狮子伫立在银河系的北部边疆，把守着通向星系际空间的大门。

从那里再往更遥远的北方，是银河系真正的邻居—仙女座河外星系M31，正是这个星系，彻底摧毁了沙普利在20世纪初建立的大银河系模型，开启了通往河外星系的大门。

旅行到时空边缘—银河帝国的壮丽景象！

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