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第9章 浩渺的银河(2)

天文学家已经发现银河系正在与它的邻居仙女螺旋星系相互靠近,而最新计算发现它们的碰撞时间要比预先计算的要更早,它们的首次碰撞将提前到20亿年后。

碰撞发生时我们的太阳和我们的地会?

美国哈佛一史密森天体物理中心计算显示,太阳和地球等行星将有可能飞出银河系进人仙女座的外缘。而且,这种碰撞将发生在太阳系“死亡”之前。

计算机模拟显示,银河系和仙女座的首次碰撞将发生在不到20亿年后比原来计算的时间早了数十亿年。人类在地球上可以看到夜空中的巨大变化,仙女座的巨大引力将星球拉离原来的轨道,原来狭长的银河系将被拉扯得一片混乱。

那个时候,太阳仍然是一颗燃烧氢的主序星,它将变得更加明亮和灼热,足以将地球上的海水煮沸。

大约50亿年后,仙女座和银河系将完全合并成一个球形的椭圆星系。那时候太阳已经接近红巨星阶段,生命也已经走到了尽头。包括地球在内的几大行星,那时距离新星系中心的距离大约是10万光年,大约是现在距离的4倍。

那时候人类可能仍然存在,他们将看到一个与现在完全不同的天空景象一狭长的银河系将会消失,取而代之的是一个由数十亿颗星球组成的巨大隆起。

也许,未来的科学家可能会回想起这次预测的。

无边无际的银河系

夏夜的晴空,银河高悬,像一条天上的河流,故此有“天河”“河汉”之称。西方人称它为“牛奶路”。在中国境内,可以看到银河自天蝎座起,经人马座特别明亮的部分,到盾牌座而止。

银河目卩烟霭茫茫的景象引起诗人无穷的遐想,但是天文学家却一直渴望一睹其庐山真面目。17世纪,伽利略首先用望远镜观察银河。他发现,这是一个恒星密集的区域。后来英国人赖特提出了银河系的猜想,并具体描绘出了银河系的形状。他假定,银河系像个“透镜”,连同太阳系在内的众星则位于其中。

18世纪,英国天文学家赫歇尔父子对赖特的猜想进行了验证。他们发现银河系中心处恒星很多,而离中心越远恒星越少。他们的观测表明,银河系确是一个恒星体系,并且其范围是有限的,太阳靠近银河系中心。他们估计,银河系中有3亿颗恒星,其直径为8000光年,厚1500光年。

荷兰天文学家卡普亭的观测进一步证实了赫歇尔父子关于银河系形状的观测结果。1906年,他估计银河系直径为2.3万光年、厚6000光年;1920年,他测算的银河系直径为5.5万光年,厚1.1万光年。这一结果比赫歇尔父子的测算结果大了400倍。

1915年,美国天文学家卡普利研究了许多球状星团的变星,发现太阳并不在银河系中心,而距那里约5万光年,并朝向人马座,银河系直径有30万年。

20世纪80年代,人们测得的银河系数据是,质量相当于2000亿个太阳的质量,直径为10万光年,厚2000光年,太阳距银河系中心2.5万光年。

银河中的美丽旋涡

20世纪30年代,人们开始破解银河系旋涡状结构之谜。到了20世纪40年代,荷兰科学家赫尔斯特认为冷氢能发出一种射电辐射。可惜当时荷兰被德国占领,科研工作陷于停顿,赫尔斯特没能对这一问题做进一步的研究。到1951年,探测这种辐射的工作由美国天文学家尤恩和珀塞尔完成。

这项探测工作非常重要,科学家们在测定氢云的分布和运动的基础上,发现了银河系的螺旋结构,又进而发现许多河外星系也是螺旋结构。

到现在为止,人们已发现银河系有四条对称的旋臂,其中的三条是靠近银心方向的人马座主旋臂、猎户座旋臂和英仙座旋臂。太阳就位于猎户座旋臂的内侧。20世纪70年代,人们通过探测银河系一氧化碳分子的分布,又发现了第四条旋臂,它跨越狐狸座和天鹅座。1916年,两位法国天文学家绘制出这四条旋臂在银河系中的位置,这是迄今最好的银河系旋涡结构图。

为什么银河系会存在旋涡结构呢?通常的观点认为是由于银河系的自转。20世纪20年代,荷兰天文学家奥尔特证明,恒星围绕银心旋转就像行星围绕太阳旋转一样,并且距银心近的恒星运动得快,距银心远的运动得慢。他算出太阳绕银心的公转速度为每秒220千米,绕银心一周要花25亿年。

不过,也有持不同观点者。1982年,美国天文学家贾纳斯和艾德勒发现,银河系并有,而是一小段一小段的零散旋臂,旋涡只是一种“幻影”。

银河系究竟有没有旋涡结构?是大尺度连续的双臂或四臂结构,还是零散的局部旋臂?这还都需要我们去探索禾P研究。

银河系里的黑洞

浩瀚苍穹中,黑洞好似一个吞噬一切的无底洞,任何物质一旦掉进去,就再也无法逃脱。它虽然是隐形的,吸引力却无穷,就连光线也不放过。近来,有科学家称,银河系中心有巨大黑洞。它会不会将我们也吞噬了呢?

银河黑洞曾经是一个很有争论性的议题。近来天文学家通过使用欧洲南天巴拉那天文台的一部极大望远镜,以及一部简称为NACO的高性能红外相机进行观测,发现我们银河系的中心藏着一个质量超过200万个太阳的黑洞。

观测过程中,天文学家耐心地追踪一颗编号为S2的恒星的运动。这颗恒星距离银河中心大约只有17光年,或者说是冥王星轨道半径的3倍距离,以5000千米/秒的速度绕银河中心公转。结果证明,恒星S2是在一个不可见天体强大的重力作用下运动的,而这个天体极端细小且致密,换句话说是一个超大质量的黑洞。

天文学家观察发现,宇宙爆炸产生的一个黑洞目前正在以比其周围的星球高出4倍的速度穿过银河系,这也同时证明了黑洞的确是超新星爆炸后产生的后代。该黑洞至少距离地球有6000光年,目前的大致方向是朝着地球飞来,但近期不会对地球构成威胁。因此,未来5年间,人类有望更近距离地接触黑洞,这将成为对爱因斯坦广义相对论的一个检验。

这是人类发现的第一个在银河系内部快速飞行的黑洞。一颗人类可以观测到的星球每2.6天绕黑洞飞行一周,黑洞从这颗星球中汲取养料。

根据黑洞理论,黑洞是由大质量的恒星坍缩形成的。此时原来构成恒星的物质集中于一“点”,其密度趋向无限大,以至于光都无法逃脱它的引力。因此从夕卜界看,这种天体是全黑的。由于黑洞的这一特点,使得天文学家寻找黑洞的工作变得十分困难,天文学家只能根据黑洞能够剧烈地“吞噬”它附近的天体这一性质确定其存在。

通常黑洞有三种类型,一种是位于星系中央的“超级黑洞”,另一种是恒星级的黑洞,其质量有数十个太阳那么大,还有是介于两者中间的“中等质量黑洞”。那些规模较大的黑洞主要形成于大型的星系中间,这次发现恒星黑洞大多是在大型星球爆炸时产生的。星球爆炸时大多数物质会被炸飞,但如果留下的物质足够大,是太阳的3~15倍,目卩么它们就会形成黑洞。

天文学家在研究距离太阳系2.6万光年的人马座a星时发现,其发出的射电波信号虽然能穿透尘埃,却要受到星际等离子体介质的散射影响。为此,天文学家连续守候20个月等待最佳天气条件,决心一举揭开其神秘面纱。这个隐藏在宇宙中的“暗物质”至少40万倍于太阳的质量,而直径却仅与地球轨道半径相当,运动速度更是只有8千米/秒,完全符合“超级黑洞”的特征。因为NACO相机能够追踪非常靠近银河中心的恒星,所以它能很精确地定出中心黑洞的质量。除此之外,随着天文学家继续观测恒星如何绕着超大质量的黑洞运行,也可以提供爱因斯坦广义相对论的严格检验。

天文学家第一次看到距离黑洞中心如此近的区域,对人马座星周围的恒星轨道运动研究显示,这一区域的质量甚至相当于约400万个太阳。而且,这一区域的引力都非常强大,根本不可能有恒星存在。通过分析这些恒星团的特点,天文学家们指出,在它们的中心区域同样也存在着一个黑洞,但其尺寸要小得多。

天文学家认为,大型黑洞可能是通过自身强大的引力将恒星团“拽”到了自己的附近。不过,天文学家们同时也指出,要证明这一理论,以目前的科学水平几乎是不可能的。现在唯一可以明确的是,新发现的恒星团与可能导致被黑洞吞噬的“危险区域”之间仍有相当的距离。

科学家们认为,位于这一潜在黑洞附近的恒星团具有非常高的运行速度,使得其可以避免距离黑洞过近。据测算:恒星团的运动速度大约为850千米/秒。

相信随着科技的发展,银河系中心黑洞的奥秘会逐步被揭开。

银河里的兄弟姐妹

根据科学家对太阳附近其他恒星所发出光线的最新一项研究显示,虽然以人类目前的技术还不能发现它们,但在我们的星系中的确存在着几十亿颗类似地球的行星。

加拿大天体物理学院的诺曼斯·穆雷博士称他所研究的恒星中,有一多半都包含一种坚硬的富含铁质的物质。根据这一现象,科学家们完全有理由认为这些恒星周围一定有一些物质在环绕着它们运转,而这些物质的大小可能和地球差不多。科学家们正使用一切技术对太空中的星体进行观测,目前为止除了太阳系以外,在其他恒星周围发现的行星只有55个,而这55个行星中绝大多数都是体积非常庞大而且运行轨迹不同寻常的星体。天文学家认为要想发现地球般大小的行星必须使用新的技术和新一代的望远镜。但一种间接的统计方法可以表明在我们的星系中实际上存在着很多较小的行星。

穆雷博士对450多颗和太阳一样进人中年的恒星进行了观测,其中有20颗已经进人了老年期。所有这些恒星与地球间的距离都在325光年以内,对它们进行分析后发现,在很多恒星光球中,或是他们的“表面”,含有很多铁质。根据科学家们对太阳系的研究可以得出以下结论,这些铁质很有可能是由那些围绕该恒星运转的小行星在运转过程中受到重力影响而脱落的。

穆雷博士强调说现在还没有直接证据证明这些恒星周围就存在着地球大小的行星,但根据模拟测试,如果在一个星系中存在足够的陆地物质的话,最终肯定会形成地球般大小的行星。

恒星“大爆炸”后宇宙经历了什么事情

一颗刚刚在银河系发现的原始恒星可以为苦苦追问的天文学家提供线索,它的年龄约为132亿年,几乎与宇宙同龄,是已知的最长寿的恒星。

一个国际研究小组利用世界上分辨率最高的欧洲南方天文台的VLT望远镜捕获了这颗遥远的恒星,并将其编号为HE1523。从它的年龄上看,应该是诞生于银河系的初始阶段,那时银河系最终的螺旋形状还未形成,而年龄仅为46亿年的太阳系更是远未出现。

就像其他的原始恒星一样,HE1523中仅包含少数几种比氢和氦质量重的化学元素,其中就有两种放射性金属元素一钍和铀,其半衰期分别为140亿年和47亿年。科学家通过分析望远镜收集到的光谱数据确定了钍和铀的精确含量,并进一步推算出了HE1523的年龄。这种技术与考古使用的放射性碳年代测定法类似,只不过天文学家需要测定的时间跨度更大。

在HE1523上的钍和铀可能来自于另一颗演化到超新星爆发阶段、走向衰亡的更古老的恒星。被天文学家普遍认可的宇宙的年龄为100亿~150亿年,这颗恒星的发现有助于了解宇宙形成早期的历史信息。

虽然科学家能借助设在南半球的一个望远镜看到HE1523,但还不能确定它的距离究竟有多远。根据光谱分析,作为一颗恒星,它已经步人老年,成为一颗中心向内收缩、外壳却朝外膨胀的红巨星。

尽管HE1523目前暂时获得了“最古老恒星”的称号,不过科学家认为还有很多资格更老的恒星没有被发现。科学,它的测定,这颗恒星具备了某些原始的金属特性,但有些恒星比它的特性更原女台。

根据宇宙理论,大爆炸发生后几亿年中,宇宙中基本上是均匀分布的氢和氦,以铁为代表的重元素都是在恒星内部的核聚变反应中形成的,第一代恒星里的重元素很少。第一代恒星死亡后,新生的恒星会从其遗骸中继承一些重元素,因而重元素含量更多。

科学家认为,宇宙“第一世代星”形成于“大爆炸”后的3000万~1.5亿年,它们都是异常耀眼的庞然大物,质量至少是太阳的200倍。不过,它们燃烧非常迅速,只存在了几亿年就逐渐形成了黑洞或者爆炸成为超新星。

近来,科学家又发现位于长蛇座方向的一颗恒星可能是迄今为止发现的最古老的恒星。该恒星距离地球为1500~4000光年,接近太阳系,亮度等级为13.5级,表面温度比太阳高,为61807°C。从表面温度等可以推测出它的质量约为太阳的70%。

研究人员通过频谱分析,测出了该恒星中各元素的含量。结果发现,其中铁的含量只有太阳的二十五万分之一,比迄今为止重元素含量最少的恒星还要低40%。宇宙在大爆炸后开始膨胀,最初诞生的所谓“第一世代星”只含有氢、氦等轻元素,而没有以铁为代表的重元素。因此含重元素非常少的恒星,一般被认为是在宇宙初期形成的。

该星已有130多亿岁,估计是“第一世代星或者也可能是“第一世代星”爆发后生成的据研究人员测算,来的质量较小的一颗,星”。

随着科技的发展,人类会发现更多宇宙的奥秘。

中残存下二世代