银河系未解之谜

伤我心太深

银河系的起源之谜


随着天文观测技术的进步，人们对银河系已经有了一个比较科学的认识。但关于银河系的起源，科学家们各持己见，这其中又以“气云凝聚说”和“混沌诞生说”最具代表性。
1962年，美国加利福尼亚州的三位天文学家综合了20世纪50年代的许多发现，研究了221颗临近恒星的运动，提出了关于银河系形成的“气云凝聚说”。
这一假说认为，银河系起源于一个密度均匀、迅速坍缩的巨大气体球。在坍缩过程中，一些气体云冷凝并收缩，形成了银河系的首批恒星——银晕恒星。当气体云进一步向银心坍缩时，就集合成为迅速自转的银盘。接着，银盘中开始形成新的恒星。


几十亿年后，太阳系诞生。1978年，一些科学家在研究了外银晕中距离我们大约25000光年的19个球状星团中的177颗红巨星的化学成分后，发现它们的年龄相差很大，他们由此提出了银河系“混沌诞生说”。这一观点认为，银河系是由许多气体云在一定时间内互相碰撞形成的。近年来的一些观测结果都证明了“混沌诞生说”的正确。这说明银河系是由许多气体云在20或30亿年间，互相碰撞、吞食形成的。




因为这两个学说都有一定的道理，而且也得到了或多或少的观测证实，所以学术界曾有人对它们这样评论：“气云凝聚说”和“混沌诞生说”都在不同程度上掌握着真理，没有一方是绝对正确的，也没有一方是绝对错误的。在银河系的形成问题上，应该兼顾两方面的观点。然而，我们更期待有一个更为准确的理论来解释银河系起源的奥秘，也许在不久的将来，这一谜团终究会被人类破解。


银河系的年龄有多大


长期以来，天文学家对银河系的年龄说法不一。有的认为只有70亿岁，有的认为有200亿岁。其中占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，迄今已有122亿岁。但是这一判断建立在宇宙演化的一些理论假设之上，仍存在争议。

一位美国芝加哥大学的助理教授在《自然》杂志上发表报告说，他设计的一种新方法可以作为“宇宙钟”，计算我们银河系的年龄。他用这种方法计算出，银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。这位教授是结合了陨石中铀/钍丰度的数据，以及天文学家最近观测到的银河系外围球形星团中一颗古老恒星的铀/钍丰度数据，再结合铀和钍的衰变速度，推算出了银河系的年龄。但是，这一判断目前还存在着很大争议。
反对者认为，银河系的年龄大概为136亿年，应该比宇宙大爆炸稍微晚一些。另外还有科学家通过观测宇宙大爆炸后，银河系中产生的第一批星体的球状星团来推测银河系的年龄，但关于银河系中第一代星球的产生时间，至今还无定论，因此也无法准确推测出银河系的年龄。不同的数据让人们对银河系的年龄越来越疑惑。看来，要想得到一个准确的答案，还需要科学家的不断探索。



银河系旋臂之谜



在我们的银河系内，有着四条长长的旋臂，它们分别是人马臂、猎户臂、英仙臂和三千秒差距臂。科学家们经过研究发现，银河系的旋臂是连续的、对称的，它们是气体、尘埃和年轻恒星集中的地方。旋臂内主要是极端星族I天体，如O型和B型星、金牛座T型变星、经典造父变星、疏散星团、超巨星等，而且这里还有大量的中性氢、电离氢、分子云和尘埃。就在“旋臂说”似乎已经尘埃落定时，1982年，美国天文学家通过对银河系星图的研究，发现银河系并没有旋涡结构，有的只是一小段一小段的零散旋臂，旋涡只是幻影。



他们的理由是，银河系中不断产生的恒星会不可避免地围绕银河系旋转，显现出一种类似于旋涡的幻影。这种新学说对存在多年的“旋臂说”是一次严峻的挑战。银河系到底有没有旋臂，是连续的、对称的旋臂还是零散的、局部的旋臂？到现在为止，—切都还是一个谜。

近几年，又有科学家称，银河系只有两个旋臂，他们通过太空望远镜观测，运用红外线光波可以穿过尘埃的方法，检测出银河系两条主要的旋臂是人马臂和英仙臂，在这两条主要的旋臂上，既聚集着年轻明亮的恒星，也聚集着“星龄”很老的红巨星。关于银河系旋臂的说法不一，旋臂疑云也有待于后人解开。



银河系是旋涡星系吗


长期以来，人们一直认为银河系是一个正常旋涡星系。然而在2005年，天文学家们通过观测发现，银河系与其他的正常旋涡星系之间存在着巨大差异——在银河系的中央，有—条由相对年老和偏红的恒星组成的棒状结构横跨在银河系中心，大约长达27000光年。这个棒状结构的指向与太阳和银心连线之间的夹角约为45度。有的天文学家由此认为，这次观测线路结果证明银河系不一定就是正常旋涡星系。然而，有—部分科学家对以上结论仍持保留态度。他们认为，即便银河系的中心存在棒状结构，也不能完全说明它就不是一个正常旋涡星系。





也许，银河系的中心结构是两者兼而有之——外形呈旋涡状，有明显的核心，核心呈棒状。我们知道，旋涡星系分为正常旋涡星系和棒旋星系两大类。那么，银河系究竟属于其中的哪种呢？或者是两者兼而有之？有科学家主张银河系是一个棒旋星系，而不是正常的旋涡星系，他们认为，银河系核心不是圆球形的，而是以恒星为主构成的鸡蛋形，中间贯穿着粗棒状结构。通过对红外光的观测已经证实了棒状结构的存在，但这根星棒是如何形成的，至今仍是个谜。看来，要解开银河系是不是旋涡星系这个谜团，还有待于科学家的继续探索。


银河系的中心到底是什么


在科学技术不发达的古代，无论是中国人还是西方人，都毫无例外地把人类居住的地球看成是宇宙的中心，这就是有名的“地心说”。直到16世纪，哥白尼才提出了“日心说”，向“地心说”挑战。经过长时间艰苦的努力，哥白尼的“日心说”才逐渐占了上风，取得了这场争论的胜利。“日心说”的主要贡献是把地球降为一颗普通行星，而把太阳作为宇宙中心天体。到18世纪，赫歇尔又进一步指出，太阳是银河系中心。到20世纪，又有科学家批驳了太阳是银河系的中心的说法，而把太阳流放到银河系的旋臂上，认为太阳离银河系中心有几万光年之遥。当太阳“离开银心”之后，谁坐镇银河系的中心就成了天文学家特别关注的大问题。



因为，银心距离人类并不算太遥远，理应把它的“主人”搞清楚。但是，由于银心处充满了尘埃，对银心的观测并不容易，要想透过这层厚厚的面纱，看清银河系中心的真相，实在不容易。随着科学技术的进步，观测银河系的手段也在不断改进，人们对银心的了解也在不断增加。

这种方法主要是接收尘埃无法遮挡的红外线和射电源，然后再对之进行分析研究。就像医生测人体心电图一样，天文学家们从红外线和射电波送来的大量有用信息来观测银河系的内部结构。最先接收到银心射电波的科学家是美国贝尔实验室的工程师。由于银心核球的红外线和射电波信号很强，科学家认为，它似乎不是一个简单的恒星密集核心，而很可能是质量极大的矮星群。1971年，英国天文学家提出了这样的假设：核球中心有一个大质量的致密核，或许还是一个黑洞，其质量约为太阳质量的100万倍。这种假设有一个前提，那就是如果核球中心真有一个黑洞，那么银心应有一个强大的射电源。于是，天文学家们开始了对银心射电源的探测。

20世纪80年代，美国天文学家探测到以每秒200千米的速度围绕银心运动的气体流，这种气体流离中心越远速度越慢，他们估计这是银心黑洞射电源的影响造成的。另一些美国天文学家也宣布探测到银心的射电源，这说明银心可能是一个黑洞。但这种说法遭到了苏联天文学家的质疑，他们认为证明银心是黑洞的证据不足，并提出了另一种假设：银心可能是恒星的诞生地，因为其中心有大量的分子云，总质量为太阳质量的10万倍，温度为200—300K。

由于天文学家对于银心是否为黑洞的问题争论不休。为了解决这个问题，美国天文学家提出了一个假设，即一对质量与太阳相当的双星从黑洞旁掠过时，其中一颗被黑洞吸进后，另一颗则以极高速度被抛射出去。这个判据得到了天文学家们的认同。但经过计算，发现这样的机会并不大。这个判据虽不能最终解决问题，但不失为一条探测的路子。然而，要最终搞清楚银心的构成大概仍有许多工作要做。