宇宙的谜团-银河系旋臂的奥秘

20 世纪30 年代，人们开始破解银河系旋涡状结构之谜。银河系呈铁饼状，中心为银核，外层为银晕，整体呈旋涡形，因而属于旋涡星系的一种。在旋涡星系内，由年轻亮星、亮星云和其他天体构成的从里向外旋转的“带子”，称作旋臂。到现在为止，人们已发现银河系有4条对称的旋臂，其中的3条是靠近银心方向的人马座主旋臂、猎户座旋臂和英仙座旋臂。太阳就位于猎户座旋臂的内侧。20 世纪70 年代，人们通过探测银河系一氧化碳分子的分布，又发现了第4 条旋臂，它跨越狐狸座和天鹅座。1976 年，两位法国天文学家绘制出这4条旋臂在银河系中的位置，这是迄今最好的银河系旋涡结构图。

旋涡结构

为什么银河系会存在旋涡结构呢？通常的观点认为是由于银河系的自转。20世纪20年代，荷兰天文学家奥尔特证明，恒星围绕银河系中心旋转就像行星围绕太阳旋转一样，并且距银河系中心近的恒星运动得快，距银河系中心远的运动得慢。他算出太阳绕银河系中心的公转速度为每秒220 千米，绕银河系中心一周要花2.5 亿年。

河外星系的奥秘

一般的人在白天或夜晚肉眼所看到的天体，绝大多数都是银河系的成员，那么，是不是说银河系就是宇宙？当然不是！在宇宙中有着数以亿计的星系。所以，银河系并不代表宇宙，它只不过是宇宙海洋里的一个小岛，是无限宇宙中很小的一部分。根据天文学家估计，在银河系以外约有上千亿个河外星系，每个星系都是由数万乃至数千万颗恒星组成的。河外星系有的是两个结成一对，有的则是几百以至几千个星系聚成一团。现在能够观测到的星系团已有一万多个，最远的星系团离银河系约70 亿光年。

“宇宙长城”

1926 年，哈勃根据星系的形态，把星系分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系三大类。后来又细分为旋涡、椭圆、透镜、棒旋和不规则星系五个类型。各种星系中，离银河系较近的星系是麦哲伦云星系和仙女座星系。河外星系除了上述几种星系外，还存在大量各种类型的星系。天文学家估计，在最先进的仪器所观测到的这一部分宇宙里，星系的总数可能达到1000亿个之多。前不久，美国天文学家宣布发现了迄今为止最大的发光结构—一道由星系组成的长为5亿光年、宽为2 亿光年、厚约为1500光年、离地球2 亿～3亿光年的“ 宇宙长城”。这座巨大的“宇宙长城”其实就是一个巨大的河外星系。

宇宙的谜团-银河系的形状

夏夜的星空，银河高悬，仿佛一条天上的河流。中国古人称之为天河、河汉。在中国境内，可以看到银河自天蝎座起，经人马座特别明亮的部分，达盾牌座为止。闪闪的银河引发世人无限遐想，但世人却一直难见银河的真面目。17 世纪，伽利略首先用望远镜观察银河。他发现，这是一个恒星密集的区域。接着英国人赖特提出了银河系的猜想，而且还描绘出了银河系的形状。他假定，银河系像个透镜，连同太阳系在内的众星体都位于其中。

巨大的银河“飞碟”

英国天文学家赫歇尔

18世纪，英国天文学家赫歇尔父子对赖特的猜想进行了验证。他们发现银河系中心处恒星很多，而离中心越远恒星越少。他们的观测表明，银河系确是一个恒星体系，并且其范围是有限的，太阳靠近银河系中心。他们估计，银河系中有3 亿颗恒星，其直径为8000 光年，厚1500光年，整个形状像只巨大的飞碟。1915年，美国天文学家卡普利研究了许多球状星团的变星，发现太阳并不在银河系中心。20 世纪80 年代，人们测得的数据表明，银河系的质量相当于2000亿个太阳的质量，直径10 万光年，厚2000 光年，太阳距银河系中心2.5 万光年。

银河系的核心在哪里

人类对宇宙的认识也是在探索中前进的。古时候人们认为宇宙的中心就是人类居住的地球。16 世纪，波兰的哥白尼把地球作为一颗普通行星，把太阳作为宇宙中心天体。18 世纪，英国的赫歇尔认为，太阳是银河系中心。20 世纪，英国的沙普利把太阳“流放”到银河系的旋臂上，离银河系中心有几万光年之遥。在太阳离开银河系中心之后，谁坐镇银河系中心便成为天文学家关注的大问题。然而，银河系中心充满了尘埃。这层厚厚的“面纱”，让人难以窥视其中的奥秘。

赫歇耳通过计数恒星，描绘出银河系的结构

一个黑洞

银河系的核心在人马座方向，这里是恒星特别密集的区域，大约有1000 亿颗恒星拥挤在一起。由银河系中心核球的红外线和射电波信号很强，人们推测它可能是质量极大的白矮星群。1971年，英国天文学家认为，核球中心部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。20 世纪80 年代，美国天文学家探测到银河系中心的射电源，这一结果说明银河系中心可能是一个黑洞

太空画：银河系中心可能是一个大黑洞