核心提示：自从威廉.赫歇尔两个世纪前首次论证银河系的结构后,有些天文学家就从恒星系的形状像个扁平的盘子出发,推测它有可能在空间不停地旋转. 因为根据牛顿力学原理,快速旋转的物体不可能是球状的,连固体的地球也因为...
自从威廉.赫歇尔两个世纪前首次论证银河系的结构后,有些天文学家就从恒星系的形状像个扁平的盘子出发,推测它有可能在空间不停地旋转.
因为根据牛顿力学原理,快速旋转的物体不可能是球状的,连固体的地球也因为自转而成为一个赤道部分稍稍往外鼓出的扁球,所以银河系的扁平形状很可能是它快速自转的产物.
推测不能算数,还要有观测事实作证.俄国天文学家斯特鲁维首先想到了这一点,19世纪中叶,他想利用恒星自行的数据来研究银河系的自转,但是由于有关资料太少,精度又低,所以没有获得肯定的结果.
1904年,长期用统计法研究银河系结构的荷兰天文学家卡普坦,在观测和分析了恒星运动的资料后,发现恒星除了太阳运动引起的视差外,它们的相对运动,即恒星自行不是杂乱无章的,而是朝着两个相反的方向运动,也就是说,在银道面内存在着彼此相背而行的两大星流,这种现象叫做"二星流"现象.当时不少天文学家对"卡普坦星流"进行了研究,但没有给予确认,卡普坦自己也未能对这一现象作出正确的解释.但是,"二星流"现象的发现却为后来探索银河系自转作出了贡献.
进入20年代,有关银河系自转的研究又活跃起来,有好几位大文学家在这方面作出了贡献,如瑞典的斯特龙贝格和林德布拉德,都曾根据自己的观测和研究提出了银河系自转的假说,但其中最有成就的是荷兰天文学家奥尔特.
在自己和前人观测研究的基础上,奥尔特首先论证了银河系的"较差自转".他指出,银河系不是一块固体,它基本上由无数单个的恒星组成,所以它的自转与固体的轮子不同.轮子是整体的旋转,所有各点的角速度都相同,线速度则随离轮心距离的增加而按比例增大.银河系是较差自转,即靠近银河系引力中心的那些恒星,比离得远的恒星旋转得快一些,也就是说,在旋转中,靠近银心(即人马座方向上)的那些恒星,相对于我们太阳来说应该有超前移动的趋势,而远离银心(与人马座方向相背,即双子座方向上)
的恒星则有后退的运动.这恰恰是20多年前卡普坦发现的"二星流"现象.
接着,1927年,奥尔特又推导出了银河系较差自转对太阳附近恒星自行和视向速度的影响的公式(又称奥尔特公式),并通过对一些恒星视向速度
的观测和分析,证实了银河系在自转,即银河系中的恒星和星际物质都在绕着银河系的中心——银心作有快有慢的转动.
射电天文学兴起后,天文学家又观测到了银河系内有中性氢原子发出的射电辐射,根据它们谱线的位移(红移或紫移),可以求得中性氢的视向速度,从而推出它们的自转速率.
现在我们知道,银河系的自转方式很特别:在银核和靠近银核部分的区域,它固体的自转相仿,自转的线速度与离银心的距离成正比;银河边缘的区域,同行星绕太阳旋转的方式相似,按开普勒定律运动,离银心越远,速度越慢.太阳绕银心旋转的速度是每秒约250公里,这个速度比步枪射击子弹的速度还快250倍,尽管如此,它绕银心旋转一圈仍需2.5亿年!
银河系内各部分旋转速度的分布,是由其中引力的分布决定的,而引力的分布又同物质数量的分布有直接的关系,为此,可以根据银河系的旋转求出银河系的质量,如同可以根据行星的运动推算太阳的质量一样.已经测知银河系的总质量为1400亿个太阳质量,而太阳在银河系中是一颗中等质量的恒星,所以不妨可以认为银河系中包含有大约1500亿颗恒星,这个数字要比当年威廉.赫歇尔估计的数字高出上千倍.
以上所说银河系的总质量是指银核和银盘的质量之和.银盘外面还有一个庞大的包层——银晕,其中的质量主要集中在为数不多的球状星团里,其余就是非常稀薄的星际气体.虽说银晕的体积超过银河系主体部分体积的50多倍,但它包含的物质质量估计只有银河系总质量的1／10.不过,近年来由于天文学家发现银河系中存在着大量看不见而没有被估计进去的"暗物质",所以关于银晕物质数量的估计,现在又成了一个悬而未决的问题.
70年代,前苏联天文学家在银河系外其他一些星系的外围,发现有一个更大的包层——星系冕.由星系冕联想到银河系冕,经过探索,证明"银冕"
确实存在.银冕包在银晕之外,没有星体,物质分布极为稀薄,但它体积极大,所以质量要比银河系大10倍左右.这个发现意义重大,因为它使人们对宇宙物质的存在形态有了新的认识.过去人们只知道有凝集状态的星体,弥漫状态的物质即使有也不会很多,但现在这个认识可能要倒个个儿,即宇宙物质的大部分可能处于看不见的弥漫状态,而形成恒星或恒星系统可见物质的反倒只占其中的小部分.
