银河系旋转餐厅,我们其实住在一条巨大的旋臂上
我盯着咖啡杯里的漩涡出神时,突然想到一个有点疯狂的事实——我们脚下这颗星球,正以每秒220公里的速度在宇宙中飞奔,而你读到这句话的这会儿,咱们已经一起在银河系里跑了差不多一千多公里了,这事不能细想,一想就觉得自己既渺小又神奇。
银河系真不是一摊死水
很长一段时间里,我以为银河系就是个发光的盘子挂在夜空,直到有天在郊外看到真正的银河,才发现它像一条缓缓流动的河,后来查资料才知道,这个比喻其实很贴切——银河系确实像个巨大的漩涡,而我们太阳系就在其中一条"水流"里打转。
银河系是个棒旋星系,你可以把它想象成一个宇宙级的大漩涡,中间有个棒状的核心,从两端甩出几条巨大的旋臂,整体就在那里转啊转,天文学家估计银河系的直径大概有10万到18万光年,里面有1000亿到4000亿颗恒星,我们太阳就住在其中一条叫猎户臂的次旋臂上,离中心大概2.6万光年,算是银河系的郊区地带。
说到光年,有个很有意思的事情,牛郎星和织女星相隔16光年,我们地球上看他俩在银河两侧遥遥相望,觉得就是邻居,实际上这距离,光都要走16年才能到。
下面这张图能让你直观感受银河系的漩涡结构:
(图:银河系漩涡结构示意图,可见中心棒状结构和几条弯曲的旋臂)
太阳带着我们全家,以每秒220公里的速度绕着银心狂奔,绕一圈大概要2.25亿年,上次我们在银河系这个位置的时候,恐龙刚刚开始出现在地球上。
大漩涡是怎么转起来的
这事我一开始也想不通,一个星系凭什么能转得这么有模有样?后来看到密度波理论的解释,才稍微明白一点。
简单说,旋臂不是固定的实体结构,它们更像是宇宙堵车带,恒星和气体云进入旋臂区域时会减速、挤在一起,密度变高,形成我们看到的亮带,然后它们又从另一头穿出去,继续赶路,这就是为什么旋臂能一直存在——铁打的旋臂,流水的恒星。
| 银河系参数 | 大概数值 |
| 直径 | 10万-18万光年 |
| 恒星数量 | 1000亿-4000亿 |
| 太阳到银心距离 | 约2.6万光年 |
| 太阳绕行速度 | 220公里/秒 |
| 绕行一周时间 | 约2.25亿年(一个宇宙年) |
更让我震惊的是,银河系这个漩涡并不是在空无一物的空间里转,它被一个更大的暗物质晕包裹着,我们看得见的恒星和气体只占银河系总质量的很小一部分,剩下绝大部分质量都是暗物质提供的引力支撑。
住在旋臂上是什么体验
说实话,我们能在这里讨论银河系结构,可能本身就是因为我们住在旋臂上的缘故。
旋臂是恒星的产房,聚集了大量气体和尘埃,这些地方正在不断诞生新的恒星,而在旋臂之间的区域,物质稀薄得多,恒星形成也很少,我们的太阳系处在猎户臂相对安静的位置,这种环境给了生命足够的稳定时间慢慢演化——从原始汤里的有机分子到能思考银河系结构的大脑,花了将近40亿年。
下面这张图拍的是仙女座星系,它是离我们最近的漩涡星系之一,长得跟银河系应该挺像:
(图:仙女座星系照片,能清晰看到漩涡结构和旋臂上的恒星形成区)
不过住在旋臂上也不是完全岁月静好,太阳系在绕银心公转的过程中,会周期性地穿越旋臂,有些科学家推测,这些穿越可能会扰动太阳系外围的奥尔特云,增加彗星撞击地球的概率,不过这周期是以千万年计的,倒不用担心明天发生。
怎么知道我们在漩涡里的
这事其实挺难的——我们身在漩涡之中,想画出整个漩涡的形状,就像一条鱼想画出整片海洋的地图。
天文学家主要是靠射电观测和恒星测距来拼凑银河系的全貌,因为可见光会被尘埃挡住,他们就改用射电波和红外线来探测,通过测量中性氢的21厘米谱线,观测气体云的运动,再结合盖亚卫星这样的探测器精确测量超过10亿颗恒星的位置和运动,慢慢勾勒出了银河系的旋臂结构。
宇宙里到处都是大漩涡
银河系这样的漩涡星系在宇宙里其实是主流户型,哈勃太空望远镜的观测显示,可观测宇宙里大概有2万亿个星系,其中相当大一部分都是漩涡星系。
而且星系之间还会互相影响,银河系正带着它的卫星星系们一起转动,再过大概40亿年,我们还会和仙女座星系来一次宇宙级的碰撞合并,到时候两个大漩涡会互相绕转、融合,最终变成一个新的椭圆星系,这感觉就像两个在水面上打转的漩涡彼此靠近,最后合而为一。
有时候我会在晚上走到阳台,抬头看看能不能找到银河,城市光污染太严重了,只能看到最亮的几颗星星,但想到那些看不见的旋臂就在那里,我们自己就在其中一条上,跟着整个大漩涡一起转动,这种感觉真的很奇妙,不是什么宏大的感悟,就是觉得——原来宇宙这么运作的,而我们碰巧在其中,还能稍微理解一点这件事。
银河系这个大漩涡还会继续转下去,带着我们这颗小小的蓝色星球,在宇宙里画下一个又一个看不见的圆。
