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银河系可以绕一个点吗?我那天晚上盯着路灯突然想到的

说出来你可能不信,这个问题是我上周三晚上十一点二十三分想到的,当时刚从超市出来,拎着一袋打折的土豆,抬头看天,什么也看不见——城市光污染太严重了,但我知道银河系就在那儿,而我们正以每秒220公里的速度在它里面飞奔,然后脑子里突然蹦出来一个特别傻的问题:银河系整体,它自己在绕着什么东西转吗?

你看,月亮绕地球转,地球绕太阳转,太阳绕着银河系中心转,那银河系呢?它总得绕点什么吧?不然这么大的一个星系,孤零零悬在宇宙里,是不是有点说不过去。

答案其实挺让人意外的。

先搞清楚我们平时说的"绕"到底是什么意思

你手里甩一根绳子,绳子那头拴个球,球绕着你转,这事儿在地球上稀松平常,因为你的手提供了一个固定的锚点,月球绕地球也是同理,地球的质量提供了向心力,但到了星系这个尺度,情况就变得微妙起来了

太阳绕着银河系中心转,那个中心有一个超大质量黑洞,叫人马座A*,质量大约是太阳的430万倍,很多人以为太阳是被这个黑洞拽着转的,其实完全不是那么回事,人马座A*的质量只占整个银河系质量的一小撮,大概不到千分之一,真正拉住太阳做轨道运动的,是银河系中心那个巨大的核球,以及整个星系盘所有恒星、气体、暗物质晕加在一起的总质量,那个黑洞顶多算个乘客,碰巧坐在了质量中心附近。

所以当我们问“银河系绕什么转”的时候,得先问自己:是什么东西在拽着整个银河系?

银河系不是独行侠,它有一帮邻居

银河系并不是宇宙中的孤岛,它隶属于一个叫做本星系群的小团体,这个群里大概有几十个星系,最大的是仙女座星系,第二就是我们银河系,第三是三角座星系,剩下的都是一些矮星系,比如大小麦哲伦云。

本星系群的直径大约是一千万光年,在这个范围内,银河系和仙女座星系是绝对的老大,它们俩的质量占了这个群总质量的绝大部分。

银河系可以绕一个点吗?我那天晚上盯着路灯突然想到的

重点来了:银河系和仙女座星系正在互相靠近。

现在的测量数据表明,仙女座星系正以大约每秒110公里的速度朝我们冲过来,算上太阳系在银河系里的运动速度、银河系自身的运动速度,两者相对接近的速度大约是每秒300公里左右。

这就意味着,银河系和仙女座星系在引力作用下互相绕转,它们的轨道不是一个绕另一个,而是两个大家伙围绕它们共同的质心在转,这个质心叫“重心”,目前大约位于银河系中心和仙女座星系中心连线的某一点上,具体位置偏向质量更大的那一方——很多人以为是仙女座更大,实际上最新的观测显示银河系的质量可能和仙女座差不多,甚至略大一些,所以这个质心大概在两星系之间的中间偏仙女座一点的位置。

所以银河系在绕着谁转?答案不止一个

银河系同时在做好几件事:

  • 自转:星系盘内的所有恒星、气体都在绕着银河系中心转,包括我们的太阳,转一圈大概要2.3亿年,上次太阳在这个位置的时候,恐龙才刚刚开始在地球上溜达。
  • 绕着本星系群的质心转:银河系作为一个整体,和仙女座星系以及其他矮星系一起,绕着整个本星系群的共同质心旋转,但这个轨道不是什么漂亮的椭圆,更像是一条乱七八糟的复杂曲线,因为参与的天体太多,互相拉扯,轨道时刻在变。
  • 被更大的结构拽着走:本星系群本身也不是静止的,它隶属于一个更大的结构——室女座超星系团,这个超星系团的中心有一个巨大的引力源,叫室女座星系团,本星系群整体正在朝着那个方向缓慢移动,而室女座超星系团又被一个更吓人的东西拽着,叫拉尼亚凯亚超星系团,它的引力中心是一个被称为“巨引源”的神秘区域,质量大约是太阳的几十亿亿倍,银河系连同周围几亿光年内的所有星系,都在朝着那个巨引源的方向流动。

你看,这个问题一下子变得层次丰富起来了,银河系并不是安安静静地只绕着一个点转,它像一个被卷入巨大漩涡的小船,同时在做自转、公转、漂移,每层运动都嵌套在更大的结构里。

银河系可以绕一个点吗?我那天晚上盯着路灯突然想到的

一个让人稍微有点不安的事实

大概四十多亿年后,银河系和仙女座星系会撞在一起,这听起来像世界末日,但其实恒星之间的距离太大了,两个星系会像两团烟雾一样互相穿过,然后在引力作用下慢慢融合,最终合并成一个巨大的椭圆星系,有些天文学家已经给它取好名字了,叫“银河仙女星系”,英文叫Milkomeda。

到那时候,太阳可能还活着,但地球上的生命大概早就被太阳膨胀成红巨星时烤焦了,而那个新形成的巨椭圆星系,会有一个新的质心,它周围幸存的矮星系会在更大的轨道上绕着这个新中心转。

银河系现在绕的那个“点”,本质上只是一个暂时的、流动的引力平衡位置,它没有实体,只是一堆质量共同作用下计算出来的一个坐标,今天在这儿,四十亿年后就到别处去了。

说到最后,那个问题的答案反而变得简单了

银河系可以绕一个点吗?可以,而且它同时在绕着好几个不同层次的点转,最直接的那个点,是和仙女座星系共享的质心,更远一点,是巨引源的方向,但这些“点”都不是固定的,它们随着周围星系的运动不断漂移,是宇宙尺度下一场极为缓慢的引力之舞。

我后来把那袋土豆拎回家,洗了一个切了下锅,煮土豆的时候突然觉得,我们每天关心的那些事儿——堵车、加班、月底的账单——和头顶上正在以每秒几百公里速度狂奔的银河系比起来,好像也没那么大不了,但转念一想,银河系才不管我们怎么想呢,它只是按照引力给它划好的路,安安静静地走,顺便带着我们这群吵吵闹闹的小东西一起。

运动层级天体系统绕转对象周期/速度
自转银河系盘面银河系中心(人马座A*附近)太阳绕一圈约2.3亿年
本星系群内公转银河系整体银河系-仙女座系统共同质心轨道复杂,无固定周期
超星系团尺度流动本星系群整体朝向巨引源方向运动约600公里/秒

写完这段话的时候土豆已经煮烂了,算了,当土豆泥吃吧。

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