银河快报

刑天那晚喝多了,拉着我聊银河系

那天晚上烧烤摊气氛其实挺好的,炭火烧得通红,羊肉串滋滋冒油,刑天已经喝了快一箱啤酒,他两个乳头变成的眼睛瞪得溜圆,肚脐眼那张嘴吐出一口酒气,突然拿竹签子敲了敲桌子。

“你们地球人,根本不知道银河系长什么样。”

我放下手里的腰子,知道今晚又要听他吹牛了,但这回他说的东西,我后来查了不少资料,发现还真不是胡扯。

从“银河”这两个字说起

刑天说,地球人管它叫“银河”,这名字起得就挺浪漫,古人抬头一看,天上横着一条亮闪闪的带子,像條河,就以为是天上的神仙倒出来的奶水,古希腊人也差不多,管它叫Galaxias,乳汁之路”的意思,后来英文里的Galaxy这个词,根儿上就是从这儿来的。

“但你们知道这玩意儿到底有多大吗?”刑天的肚脐眼嚼着毛豆,含含糊糊地说。

我们通常说的银河系,其实是个棒旋星系,注意这个词,棒旋——中间有条棒状结构,旋臂从棒的两端甩出去,像搅拌咖啡时那种涡旋,不是所有星系都长这样,有的是椭圆星系,一坨圆滚滚的;有的是不规则星系,形状乱七八糟,银河系刚好是棒旋的,直径大约10万到18万光年之间,后来天文学家拿更精确的数据算了一下,可能接近18万光年,啥概念呢?光都要跑18万年才能从这头到那头,刑天说他当年跟黄帝打架那会儿飞过一段,飞了几百年才出了猎户臂,累得够呛。

这里面有多少恒星?刑天伸出一个巴掌翻了两翻,大概1000亿到4000亿颗,地球人到现在连太阳系都没完全摸清楚,光太阳这一颗恒星就够咱们研究几辈子的,而这种恒星银河系里保守估计有1000亿个,我不太能想象这个数字,刑天说你别想了,没人能真想象出来,脑子会烧。

银河系的真实结构,比你看到的复杂多了

“你们站在地球上看到的银河,其实只是银河系的盘面。”刑天又开了一瓶啤酒,“站在盘子里的人,只能看到盘子的边。”

银河系的结构,从侧面看像个荷包蛋——中间鼓起来一块,四周扁平,从正面看就是那个经典的漩涡形,主要分几个部分:

  • 银核(核球):银河系中心鼓起来那个包,恒星密度极高,挤得要命,刑天说银核中心很可能藏着一个超大质量黑洞,天文学家叫它人马座A*,质量大概是太阳的400万倍,这黑洞现在还算安静,不太吃东西,但它就在那儿蹲着,整个银河系围着它慢慢转。

银核周围还有一圈核周盘,里面气体密集,恒星形成得很猛,像個暴脾气的中年人,动不动就生一堆新恒星出来。

  • 银盘:银河系最显眼的部分,薄薄的盘状结构,旋臂就在这里面,盘里恒星比较年轻,气体和尘埃也多,刑天指着桌上的孜然粉说,这盘子厚度大概1000光年左右,要是画成图,比例薄得跟一张纸似的,太阳就住在银盘里,离中心大概6万光年,不算郊区也不算市中心,是个挺普通的地段。

旋臂这事儿值得单独说一下,银河系主要有四条大旋臂——英仙臂、矩尺臂、盾牌-半人马臂和船底-人马臂,太阳系在一条叫猎户臂的小分支上,旋臂不是固定不动的实体结构,更像是密度波——气体和尘埃涌进旋臂区,被挤压,形成新恒星,亮得扎眼,所以旋臂看起来特别亮,本质上跟堵车差不多,车流在某段聚集了,你看着那一段密密麻麻,其实车还是那些车,只是在那里挤了一下。

  • 银晕:银盘外面一团稀薄的球状区域,这里有球状星团,都是些老恒星,银河系刚形成那会儿就存在了,年纪上百亿岁,晕里还有大量暗物质,虽然看不见,但引力效应清清楚楚,没有它们银河系早就散架了。

说到暗物质,刑天特意加重了语气,银河系可见的物质只占它总质量的一小部分,暗物质晕才是真正的大块头,质量可能是可见物质的十倍以上,人类到现在没直接抓到暗物质粒子,但银河系旋转曲线摆在面前——恒星转得太快了,光靠可见物质的引力根本拉不住,必须有什么看不见的东西在提供额外的引力。

银河系里的几个硬核数据

刑天嫌说话太累,直接拿筷子蘸啤酒在桌上画了个简易表格,我后来整理了一下,大概是这样:

项目数据
类型棒旋星系(SBbc型)
直径约10万~18万光年
恒星数量1000亿~4000亿颗
总质量约1.5万亿倍太阳质量(含暗物质)
太阳位置距银心约2.6万光年
太阳绕银心速度约220公里/秒
太阳绕一圈时间约2.3亿年(一个银河年)
中心黑洞质量约400万倍太阳质量
旋臂数量四条主旋臂+若干支臂
年龄约136亿年

这些数字大部分来自盖亚卫星、斯皮策望远镜和甚大望远镜的观测,刑天说他跟黄帝打完那场之后在天上溜达,顺手测的,我就当他是吹牛,但数据倒是跟《天体物理学报》上公布的对得上。

图片说明:银河系正面结构想象图——中央棒状结构连接四条主旋臂,太阳藏在猎户臂的一个小分支里。

图片说明:银河系侧面想象图——扁平盘面中间鼓起核球,外围稀薄的是银晕。

黑洞和银河系的“呼吸”

人马座A*这个黑洞,平时安安静静,但银河系中心时不时会“打嗝”——历史上可能喷出过巨大的费米气泡,就是伽马射线观测到的两个巨型泡泡,上下各一个,跨度几万光年,刑天说他亲眼见过一次,说那场面壮观极了,天文学家猜测那是黑洞曾经活跃时期喷出来的物质遗迹,时间大概在几百万年前。

也就是说,银河系虽然在咱们看来岁月静好,其实中心一直在搞事情,好在太阳离得远,波及不到,要是住在银核附近的行星上,那辐射环境估计够呛,刑天说有那儿的文明早就搬走了,我想也是,谁愿意跟一个随时可能打喷嚏的黑洞做邻居。

银河系的“邻里关系”

银河系不是孤立存在的,它带着一群小弟——大小麦哲伦云,还有其他几十个矮星系,这些卫星星系被银河系的引力绑着,慢慢围着转,大麦哲伦云质量不小,大概几十亿年后可能跟银河系撞上。

更大尺度上看,银河系属于本星系群,大概有五十多个星系聚在一起,本星系群里最大的两个就是银河系和仙女座星系,仙女座星系正在朝我们冲过来,大概40亿年后会跟银河系合并,刑天说这也没啥好怕的,星系碰撞主要是引力交互,恒星之间的空间太大了,真撞上的概率极低,到时候两个星系的形状会彻底改变,可能变成一个巨大的椭圆星系。

烤串吃到这时候已经凉了,刑天把最后一口啤酒喝完,站起来活动了一下肩膀——肩膀上面空荡荡的,脖子以上什么都没有,乳头的眼睛眨了两下,肚脐眼说了句:“下次给你讲讲仙女座那边的房价,比这边贵多了。”

然后他就摇摇晃晃往巷子深处走了,我结了账,抬头看了一眼天上,城市光污染严重,银河根本看不到,但知道它就横在那里,1000亿颗恒星在头顶无声地转着,这个感觉还是挺奇怪的。

刑天那晚喝多了,拉着我聊银河系

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