揭示庐山真面目：银河系的宇宙奥秘

银河在天球上跨越20多个星座，占据了星空的大片区域。它经过天鹰座和天鹅座时分为两条支流，北面的一条支流紧接着蛇夫座、武仙座和天琴座，南面的一条支流经过天鹰座和狐狸座，两条支流在天鹅座a星（中名天津四）附近会合。由此往北，银河逐渐暗淡下来，跨过仙后座和英仙座。余下的部分经过御夫座、双子座、金牛座、猎户座和麒麟座，这一段只有在冬季的星空中才能看到。银河再往南经过船尾座、船帆座、半人马座、南十字座和矩尺座等，再转向天蝎座和人马座。这样，我们就可以看到整个银河绕过天球一周，其中心线大致在天球上投影为一个大圆。在北半天，银河的最亮部分位于天鹰座和天鹅座；在南半天，天蝎座和人马座的银河最亮；而位于麒麟座的银河与人马座密集的星场相反，最暗淡，银河在天鹰座——天鹅座两分支间的暗淡天区常被称为大暗裂隙，另一个暗隙位于南十字座，形似“煤袋”。银河由为数众多的恒星和星云所构成，亮星云密集处使银河增亮，暗星云则表现为银河上的暗区、暗隙。银河的平均宽度为15°左右，最宽处达30°。因为银河以连续的环带形式完整地绕天空延伸，18世纪的天文学家便开始猜测：太阳和天空中所有的恒星大概是一个巨大的盘状集体，称做银河星系或简称银河系。当时，英国著名天文学家F·W·赫歇耳企图用计数全天683个选区中各选区的恒星数目来揭示出太阳在银河系中的位置和发现银河系的形状和大小，但由于实测结果是沿银河恒星的密集度大体上一样，他在1785年发表的结论认为：太阳位于银河系的中心。本世纪20年代，荷兰天文学家J·C·卡普坦分析了大量恒星的亮度和运动情形后，肯定了赫歇耳的观点，并得出银河系的直径约为10千秒差距，厚2千秒差距，太阳位于其中心附近。1930年，R·J·特朗普勒在研究星团时指出，由于星际尘埃的消光影响，越远的星光显得越暗，赫歇耳和卡普坦所看到的只不过是银河系中距太阳较近的恒星，他们的结论是错误的，人们并未弄清银河系的真面目。

银河系的“庐山真面目”是H·沙普利研究球状星团的分布发现的。1917年，他画出了当时已知的93年球状星团的立体分布图，发现这些球状星团形成一个巨大球形系统，但该系统的中心不在太阳而是趋向于人马座银河中的一点，沙普利认为，球状星团的分布描绘出了银河系的真正大小和轮廓。自那时以来，国际天文界根据不断积累的新观测数据，多次修订太阳到银河系中心的距离。目前，公认的银心距R0＝8.5千秒差距28000光年。由于射电天文和红外天文的发展，大大增加了人们对银河系结构的了解。银河系是由核球、银盘、旋臂、银晕和银冕等部分组成的。是银河系结构示意图，银河系的主体类似体育运动用的铁饼，“圆饼”称为银盘，银盘的直径约为8万光年，中间厚，外边薄，中间部分的厚度约6000光年，太阳附近银盘厚度约3000光年，但再往外去气体增加，在外边缘气盘厚度达1万光年并有向银道面两侧翘起的态势。太阳位于银河系中心平面以北不到30光年处。“铁饼”中间隆起部分称为核球，核球的直径约为2万光年，厚1万光年。而球状星团的球形分布则勾画出了包围着银河系主体部分的银晕的大小。银晕与银盘同心，直径约为9.8万光年，也有人认为，银晕是个旋转椭球体，长轴为16万光年，长短轴之比为2：1。还有一些人认为，银晕外面还存在着一个巨大的、大致是球形的射电辐射区，称为银冕，银冕至少延伸到离银心100千秒差距或32.6万光年处。

经过多年的研究与探索，目前认为银河系的总质量为太阳质量的2×1012倍，是1975年公认值的七倍。有几千亿颗恒星，约占总质量的90%，气体和尘埃约占10%。银盘又集中了银河系90%的质量，星际气体和尘埃几乎全部集聚在银盘内。银盘中物质的分布呈漩涡状结构，即分布在几条螺旋形的旋臂中。本世纪50年代，W·W·摩根等人根据O·B型星和电离氢等大光度年轻天体的分布情形，描绘出太阳附近三段平行的旋臂，它们是按主要臂段所在方向的星座命名的，离太阳最近的叫天鹅臂，它长约3.7千秒差距，宽约370秒差距，天鹅臂有一小分支伸向猎户座，太阳很靠近它的内边缘；在天鹅臂之外、离太阳2千秒差距有一段英仙臂；在天鹅臂以内2千秒差距处的一段旋臂叫做人马臂。后来又陆续发现了人马—船底臂、盾牌—南十字中间臂、矩尺内臂和英仙外臂等。所发现的这几段旋臂也许只是两条旋臂的若干部分，对银河系内中性氢及一氧化碳的射电观测发现，它们的分布均呈漩涡结构，旋臂内侧集聚着氢和尘埃，因而有利于新生恒星的诞生。1964年，林家翘、徐遐生二人创建的星系漩涡结构密度波理论能够较好地说明这一现象，但旋臂的起源与维持问题，至今仍未彻底解决。(www.xing528.com)

核球是恒星密集的区域，以老年天体星族Ⅱ为主要组成部分，估计质量约为太阳的70亿倍，其中央是一直径为几秒差距的更为致密的区域叫做银核，这里恒星密集的程度比太阳附近大1000多倍。很久以来，大多数天文学家一直认为银河系是一个漩涡星系，但近年来，有人提出银河系是一棒旋星系，其理由是：银心附近的星际云的不规则运动是以一个棒为中心的，近红外观测也为棒状结构提供佐证：棒略微倾斜，它的东端向南倾斜穿出银道面。人们最感兴趣的是银河系的中心区域——银心。虽然，由于尘埃的消光作用，用光学望远镜难以看到银心，但射电和红外观测却揭开了银心的秘密，21厘米射电观测揭示，在距银心3000秒差距处有一个正在膨胀且旋转着的氢流旋臂以每秒50公里的速度向太阳系运动，在银心另一侧有同样的氢流膨胀臂以每秒135公里的速度背离观测者运动，它们大概是3000万年前以不对称方式从银心抛射出的HI气体的产物。在距银心300秒差距的天区内，有一个绕银心快速旋转的氢气盘，以每秒70～140公里的速度向外膨胀，盘内有平均直径为30秒差距的氢分子云。在距银心70秒差距处，则有激烈扰动的电离氢区，也以高速向外涌出。但也发现有15光年长的气流涌入围绕着银心的尘埃气流圈。还查明银心2角秒内有一强射电源人马座A，其线直径小于0.1秒差距，它发出强烈的同步加速辐射，有人认为银心就位于此；但也有人认为银心可能位于其附近的红外源IRS16。综合许多观测的结果有两种见解：一种见解认为银心的核心区有一高光度星团；另一种见解认为银心存在着一个由吸积盆环绕的相当于几百万倍太阳质量的大质量黑洞。

银晕中的天体和核球中的天体一样，以老年星或球状星团为主，也可能有从更老的星族Ⅲ的星产生的黑洞，它们在银晕中呈球形分布，越向银心密度越大，人们相信这些天体都是在银河系诞生初期，约120亿年前形成的。根据银晕中的恒星计数并考虑到整个银晕中恒星的分布情况，估算出银晕的质量是银盘质量的10%，但这种估计十分粗糙，而且还可能存在着未被发现的隐匿质量，因此，银晕的实际质量可能只及银盘的1%，但也可能高达银盘的90%以上。银晕的存在对银盘的稳定性有一定的影响。