銀河系的結(jié)構(gòu)究竟什么樣？

　　銀河系的總體結(jié)構(gòu)是：銀河系物質(zhì)的主要部分組成一個(gè)薄薄的圓盤(pán)，叫做銀盤(pán)，銀盤(pán)中心隆起的近似于球形的部分叫核球。在核球區(qū)域恒星高度密集，其中心有一個(gè)很小的致密區(qū)，稱(chēng)銀核。銀盤(pán)外面是一個(gè)范圍更大、近于球狀分布的系統(tǒng)，其中物質(zhì)密度比銀盤(pán)中低得多，叫作銀暈。銀暈外面還有銀冕，它的物質(zhì)分布大致也呈球形。

　　觀(guān)測(cè)到的銀河旋臂結(jié)構(gòu)2005年，銀河系被發(fā)現(xiàn)以哈柏分類(lèi)來(lái)區(qū)分應(yīng)該是一個(gè)巨大的棒旋星系SBc(旋臂寬松的棒旋星系)，總質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的6,000億至30,000億倍。有大約1,000億顆恒星。

　　從80年代開(kāi)始，天文學(xué)家才懷疑銀河是一個(gè)棒旋星系而不是一個(gè)普通的螺旋星系。2005年，斯必澤空間望遠(yuǎn)鏡證實(shí)了這項(xiàng)懷疑，還確認(rèn)了在銀河的核心的棒狀結(jié)構(gòu)與預(yù)期的還大。

　　銀河的盤(pán)面估計(jì)直徑為100,000光年，太陽(yáng)至銀河中心的距離大約是26,000光年，盤(pán)面在中心向外凸起。

　　銀河的中心有巨大的質(zhì)量和緊密的結(jié)構(gòu)，因此強(qiáng)烈懷疑它有超重質(zhì)量黑洞，因?yàn)橐呀?jīng)有許多星系被相信有超重質(zhì)量黑洞在核心。

　　就像許多典型的星系一樣，環(huán)繞銀河系中心的天體，在軌道上的速度并不由與中心的距離和銀河質(zhì)量的分布來(lái)決定。在離開(kāi)了核心凸起或是在外圍，恒星的典型速度是每秒鐘210～240公里之間。因此這星恒星繞行銀河的周期只與軌道的長(zhǎng)度有關(guān)，這與太陽(yáng)系不同，在太陽(yáng)系，距離不同就有不同的軌道速度對(duì)應(yīng)著。

　　銀河的棒狀結(jié)構(gòu)長(zhǎng)約27,000光年，以44±10度的角度橫亙?cè)谔��?yáng)與銀河中心之間，他主要由紅色的恒星組成，相信都是年老的恒星。

　　被觀(guān)察到與推論的銀河旋臂結(jié)構(gòu)每一條旋臂都給予一個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)(像所有旋渦星系的旋臂)，大約可以分出12段。相信有四條主要的旋臂起源自銀河的核心，它們的名稱(chēng)如下：

　　2and8-3kpc和英仙臂

　　3and7-距尺臂和天鵝臂(與最近發(fā)現(xiàn)的延伸在一起-6)

　　4and10-南十字座和盾牌臂

　　5and9-船底座和人馬臂

　　至少還有兩個(gè)小旋臂或分支，包括：

　　11-獵戶(hù)臂(包含太陽(yáng)和太陽(yáng)系在內(nèi)-12)

　　在主要的旋臂外側(cè)是外環(huán)或稱(chēng)為麒麟座環(huán)，這是天文學(xué)家布賴(lài)恩·顏尼(BrianYanny)和韓第·周·紐柏格(HeidiJoNewberg)提出，是環(huán)繞在銀河系外由恒星組成的環(huán)，其中包括在數(shù)十億年前與其他星系作用誕生的恒星和氣體。

　　銀河的盤(pán)面被一個(gè)球狀的銀暈包圍著，估計(jì)直徑在250,000至400,000光年。.由于盤(pán)面上的氣體和塵埃會(huì)吸收部份波長(zhǎng)的電磁波，所以銀暈的組成結(jié)構(gòu)還不清楚。盤(pán)面(特別是旋臂)是恒星誕生的活耀區(qū)域，但是銀暈中沒(méi)有這些活動(dòng)，疏散星團(tuán)也主要出現(xiàn)在盤(pán)面上。

　　銀河中大部分的質(zhì)量是暗物質(zhì)，形成的暗銀暈估計(jì)有6,000億至3兆個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，以銀河為中心被聚集著。

　　新的發(fā)現(xiàn)使我們對(duì)銀河結(jié)構(gòu)與維度的認(rèn)識(shí)有所增加，比早先經(jīng)由仙女座星系(M31)的盤(pán)面所獲得的更多。最近新發(fā)現(xiàn)的證據(jù)，證實(shí)外環(huán)是由天鵝臂延伸出去的，明確的支持銀河盤(pán)面向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星系的發(fā)現(xiàn)，與在環(huán)繞著銀極的軌道上的星系碎片，說(shuō)明了他因?yàn)榕c銀河的交互作用而被扯碎。同樣的，大犬座矮星系也因?yàn)榕c銀河的交互作用，使得殘骸在盤(pán)面上環(huán)繞著銀河。

　　在2006年1月9日，MarioJuric和普林斯頓大學(xué)的一些人宣布，史隆數(shù)位巡天在北半球的天空中發(fā)現(xiàn)一片巨大的云氣結(jié)構(gòu)(橫跨約5,000個(gè)滿(mǎn)月大小的區(qū)域)位在銀河之內(nèi)，但似乎不合于目前所有的銀河模型。他將一些恒星匯聚在垂直于旋臂所在盤(pán)面的垂在線(xiàn)，可能的解釋是小的矮星系與銀河合并的結(jié)果。這個(gè)結(jié)構(gòu)位于室女座的方向上，距離約30,000光年，暫時(shí)被稱(chēng)為室女恒星噴流。

　　在2006年5月9日，DanielZucker和VasilyBelokurov宣布史隆數(shù)位巡天在獵犬座和牧夫座又發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)矮星系。

　�。�1）銀盤(pán)

　　銀盤(pán)（Galacticdisk）：在旋渦星系中，由恒星、塵埃和氣體組成的扁平盤(pán).

　　銀河系的物質(zhì)密集部分組成一個(gè)圓盤(pán)，稱(chēng)為銀盤(pán)。銀盤(pán)中心隆起的球狀部分稱(chēng)核球。核球中心有一個(gè)很小的致密區(qū)，稱(chēng)銀核。銀盤(pán)外面范圍更大、近于球狀分布的系統(tǒng)，稱(chēng)為銀暈，其中的物質(zhì)密度比銀盤(pán)的低得多。銀暈外面還有物質(zhì)密度更低的部分，稱(chēng)銀冕，也大致呈球形。銀盤(pán)直徑約25千秒差距，厚1～2秒差距，自中心向邊緣逐漸變薄，太陽(yáng)位于銀盤(pán)內(nèi)，離銀心約8.5千秒差距，在銀道面以北約8秒差距處。銀盤(pán)內(nèi)有旋臂，這是氣體、塵埃和年輕恒星集中的地方。銀盤(pán)主要由星族Ⅰ天體組成，如G～K型主序星、巨星、新星、行星狀星云、天琴RR變星、長(zhǎng)周期變星、半規(guī)則變星等。核球是銀河系中心恒星密集的區(qū)域，近似于球形，直徑約4千秒差距，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。核球主要由星族Ⅱ天體組成，也有少量星族Ⅰ天體。核球的中心部分是銀核。它發(fā)出很強(qiáng)的射電、紅外、X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)。其性質(zhì)尚不清楚，可能包含一個(gè)黑洞。銀暈主要由暈星族天體，如亞矮星、貧金屬星、球狀星團(tuán)等組成，沒(méi)有年輕的O、B型星，有少量氣體。銀暈中物質(zhì)密度遠(yuǎn)低于銀盤(pán)。銀暈長(zhǎng)軸直徑約30千秒差距，年齡約1010年，質(zhì)量還不十分清楚。在銀暈的恒星分布區(qū)以外的銀冕是一個(gè)大致呈球形的射電輻射區(qū)，其性質(zhì)了解得甚少。

　　1785年，F(xiàn).W.赫歇爾第一個(gè)研究了銀河系結(jié)構(gòu)。他用恒星計(jì)數(shù)方法得出銀河系恒星分布為扁盤(pán)狀、太陽(yáng)位于盤(pán)面中心的結(jié)論。1918年，H.沙普利研究球狀星團(tuán)的空間分布，建立了銀河系透鏡形模型，太陽(yáng)不在中心。到了20世紀(jì)20年代，沙普利模型得到公認(rèn)。但由于未計(jì)入星際消光，沙普利模型的數(shù)值不準(zhǔn)確。研究銀河系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上是用光學(xué)方法，但光學(xué)方法有一定的局限性。近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的射電方法和紅外技術(shù)成為研究銀河系結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力的工具。在沙普利模型的基礎(chǔ)上，對(duì)銀河系的結(jié)構(gòu)已有了較深刻的了解。

　　銀盤(pán)是銀河系的主要組成部分，在銀河系中可探測(cè)到的物質(zhì)中，有九成都在銀盤(pán)范圍以?xún)?nèi)。銀盤(pán)外形如薄透鏡，以軸對(duì)稱(chēng)形式分布于銀心周?chē)�，其中心厚度約1萬(wàn)光年，不過(guò)這是微微凸起的核球的厚度，銀盤(pán)本身的厚度只有2000光年，直徑近10萬(wàn)光年，可見(jiàn)總體上說(shuō)銀盤(pán)非常薄。

　　除了1000秒差距范圍內(nèi)的銀核繞銀心作剛體轉(zhuǎn)動(dòng)外，銀盤(pán)的其他部分都繞銀心作較差轉(zhuǎn)動(dòng)，即離銀心越遠(yuǎn)轉(zhuǎn)得越慢。銀盤(pán)中的物質(zhì)主要以恒星形式存在，占銀河系總質(zhì)量不到10％的星際物質(zhì)，絕大部分也散布在銀盤(pán)內(nèi)。星際物質(zhì)中，除含有電離氫、分子氫及多種星際分子外，還有10％的星際塵埃，這些直徑在1微米左右的固態(tài)微粒是造成星際消光的主要原因，它們大都集中在銀道面附近。

　　由于太陽(yáng)位于銀盤(pán)內(nèi)，所以我們不容易認(rèn)識(shí)銀盤(pán)的起初面貌。為了探明銀盤(pán)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本世紀(jì)40年代巴德和梅奧爾對(duì)旋渦星系M31（仙女座大星云）旋臂的研究得出旋臂天體的主要類(lèi)型，進(jìn)而在銀河系內(nèi)普查這幾類(lèi)天體，發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)附近的三段平行臂。由于星際消光作用，光學(xué)觀(guān)測(cè)無(wú)法得出銀盤(pán)的總體面貌。有證據(jù)表明，旋臂是星際氣體集結(jié)的場(chǎng)所，因而對(duì)星際氣體的探測(cè)就能顯示出旋臂結(jié)構(gòu)，而星際氣體的21厘米射電譜線(xiàn)不受星際塵埃阻擋，幾乎可達(dá)整個(gè)銀河系。光學(xué)與射電觀(guān)測(cè)結(jié)果都表明，銀盤(pán)確實(shí)具有旋渦結(jié)構(gòu)。

　�。�2）銀心

　　星系的中心凸出部分，是一個(gè)很亮的球狀，直徑約為兩萬(wàn)光年，厚一萬(wàn)光年，這個(gè)區(qū)域由高密度的恒星組成，主要是年齡大約在一百億年以上老年的紅色恒星，很多證據(jù)表明，在中心區(qū)域存在著一個(gè)巨大的黑洞，星系核的活動(dòng)十分劇烈。銀河系的中心﹐即銀河系的自轉(zhuǎn)軸與銀道面的交點(diǎn)。

　　銀心在人馬座方向﹐1950年歷元坐標(biāo)為﹕赤經(jīng)174229﹐赤緯-28°5918。銀心除作為一個(gè)幾何點(diǎn)外﹐它的另一含義是指銀河系的中心區(qū)域。太陽(yáng)距銀心約10千秒差距﹐位于銀道面以北約8秒差距。銀心與太陽(yáng)系之間充斥著大量的星際塵埃﹐所以在北半球用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡難以在可見(jiàn)光波段看到銀心。射電天文和紅外觀(guān)測(cè)技術(shù)興起以后﹐人們才能透過(guò)星際塵埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探測(cè)到銀心的信息。中性氫21厘米譜線(xiàn)的觀(guān)測(cè)揭示﹐在距銀心4千秒差距處o有氫流膨脹臂﹐即所謂“三千秒差距臂”(最初將距離誤定為3千秒差距﹐后雖訂正為4千秒差距﹐但仍沿用舊名)。大約有1﹐000萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的中性氫﹐以每秒53公里的速度涌向太陽(yáng)系方向。在銀心另一側(cè)﹐有大體同等質(zhì)量的中性氫膨脹臂﹐以每秒135公里的速度離銀心而去。它們應(yīng)是1﹐000萬(wàn)至1﹐500萬(wàn)年前﹐以不對(duì)稱(chēng)方式從銀心拋射出來(lái)的。在距銀心300秒差距的天區(qū)內(nèi)﹐有一個(gè)繞銀心快速旋轉(zhuǎn)的氫氣盤(pán)﹐以每秒70～140公里的速度向外膨脹。盤(pán)內(nèi)有平均直徑為30秒差距的氫分子云。

　　在距銀心70秒差距處﹐則有激烈擾動(dòng)的電離氫區(qū)﹐也以高速向外擴(kuò)張�，F(xiàn)已得知﹐不僅大量氣體從銀心外涌﹐而且銀心處還有一強(qiáng)射電源﹐即人馬座A﹐它發(fā)出強(qiáng)烈的同步加速輻射。甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉儀的探測(cè)表明﹐銀心射電源的中心區(qū)很小﹐甚至小于10個(gè)天文單位﹐即不大于木星繞太陽(yáng)的軌道。12.8微米的紅外觀(guān)測(cè)資料指出﹐直徑為1秒差距的銀核所擁有的質(zhì)量﹐相當(dāng)于幾百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量﹐其中約有100萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量是以恒星形式出現(xiàn)的。腥巳銜?o銀心區(qū)有一個(gè)大質(zhì)量致密核﹐或許是一個(gè)黑洞。流入致密核心吸積盤(pán)的相對(duì)論性電子﹐在強(qiáng)磁場(chǎng)中加速﹐于是產(chǎn)生同步加速輻射。銀心氣體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)﹑銀心強(qiáng)射電源以及有強(qiáng)烈核心活動(dòng)的特殊星系(如塞佛特星系)的存在﹐使我們認(rèn)為﹕在星系包括銀河系的演化史上﹐曾有過(guò)核心激擾活動(dòng)﹐這種活動(dòng)至今尚未停息。

　�。�3）銀暈

　　銀河暈輪彌散在銀盤(pán)周?chē)�的一個(gè)球形區(qū)域內(nèi)，銀暈直徑約為九萬(wàn)八千光年,這里恒星的密度很低，分布著一些由老年恒星組成的球狀星團(tuán)，有人認(rèn)為，在銀暈外面還存在著一個(gè)巨大的呈球狀的射電輻射區(qū)，稱(chēng)為銀冕，銀冕至少延伸到距銀心一百千秒差距或三十二萬(wàn)光年遠(yuǎn)。

　　銀河系是一個(gè)透鏡形的系統(tǒng)，直徑約為25千秒差距，厚約為1～2千秒差距。它的主體稱(chēng)為銀盤(pán)。高光度星、銀河星團(tuán)和銀河星云組成旋渦結(jié)構(gòu)迭加在銀盤(pán)上。銀河系中心為一大質(zhì)量核球，長(zhǎng)軸長(zhǎng)4～5千秒差距,厚4千秒差距。銀河系為直徑約30千秒差距的銀暈籠罩。銀暈中最亮的成員是球狀星團(tuán)。銀河系的質(zhì)量為1.4×1011太陽(yáng)質(zhì)量,其中恒星約占90?