18新利最新登入银河系是如何运作的

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银河系,从右上角明亮的天狼星一直到船底座埃塔,从佛罗里达群岛看到的地平线上可见的红色星云。查看更多银河系的图片。
托尼·哈拉斯/科幻小说/盖蒂图片社

一年中任何时候仰望夜空都会发现一条微弱的白矮星带横跨天空的,要么穿过中间,要么靠近地平线。古希腊人看到了这条光带,称其为“星系kuklos”,意思是“牛奶圈”。罗马人称之为"银河系1610年,伽利略使用了第一种望远镜并确定了银河系的光来自于数十亿的昏暗星星围绕着我们。

几个世纪以来,天文学家提出了许多关于银河系的基本问题。是什么?它是用什么做的?它是什么形状的?由于几个原因,这些问题很难回答。

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  1. 我们生活在银河系里。就像住在一个巨大的盒子里,然后问,这个盒子是什么形状的?它是用什么做的?18新利最新登入你怎么知道?
  2. 早期的天文学家受到技术的限制。早期的望远镜不是很大,范围不大,不能放大很远的距离或分辨它们。
  3. 早期的望远镜只能探测到可见光。银河系含有大量的尘埃,阻碍了他们的视线。在某些方向上,观察银河系就像穿过沙尘暴。

20世纪带来了望远镜技术的巨大进步。大光学,无线电,红外,和x射线望远镜(包括地面和轨道上的太空望远镜)使天文学家能够透过大量的尘埃观察到遥远的太空。有了这些工具,他们可以拼凑出银河系的真实样子。

他们的发现令人惊讶:

  • 银河系实际上是星系——一个由恒星、气体(主要是氢)、尘埃和暗物质围绕着一个共同的中心,由重力
  • 我们的星系是螺旋形的。
  • 与普遍的看法相反,我们的太阳系并不是在星系的中心。
  • 银河系只是宇宙中数十亿个星系中的一个。

来跟随我们探索银河系的发现之旅吧。我们将研究天文学家如何计算出18新利最新登入它的形状、大小和结构。我们将观察它内部的恒星是如何18新利最新登入运动的,以及银河系与其他星系的比较。

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早期银河系理论

正如我们提到的,伽利略发现银河系是由暗淡的恒星组成的,但它的形状呢?18新利最新登入如果你在一个东西里面,你怎么知道它的形状?18世纪末,天文学家威廉·赫歇尔爵士提出了这个问题。赫歇尔推断,如果银河系是一个球体,我们应该能在各个方向看到无数的恒星。所以,他和他的妹妹卡洛琳数了天空中600多个区域的星星。他们发现,在银河带的方向上,比在上面和下面有更多的恒星。赫歇尔推断银河系是圆盘状结构。由于他在圆盘的各个方向上发现了相同数量的恒星,他得出结论,太阳在圆盘的中心附近。

大约在1920年,一位名叫雅各布·卡佩廷的荷兰天文学家用视差技术测量了到近恒星和远恒星的视距离。因为视差涉及到测量恒星的运动,他比较了远处恒星和近处恒星的运动。他得出结论,银河系是一个直径约20千秒差距(1千秒差距= 3260光年)的圆盘。卡佩廷还得出结论,太阳位于或接近银河系的中心。

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但未来的天文学家会质疑这些想法,先进的技术将帮助他们质疑这些理论,并提出更准确的测量方法。

球状星团和螺旋星云

就在卡佩廷发表他的银河系模型的时候,他的同事哈洛·谢普利注意到一种明星集群称为球状星团在天空中有独特的分布。虽然在银河系带内发现的球状星团很少,但在它的上方和下方却有很多。shaely决定绘制球状星团的分布图,并在星团内使用变星标记测量它们的距离光度距离的关系(见边栏)。shaely发现球状星团呈球形分布,并集中在人马座附近。谢普利得出结论,银河系的中心在人马座附近,而不是银河系太阳银河系的直径约为100千秒差距。

Shapely卷入了一场关于螺旋星云(夜空中可见的微弱光点)。他认为它们是“岛屿宇宙”,或银河系之外的星系。另一位天文学家希伯·柯蒂斯(Heber Curtis)认为螺旋星云是银河系的一部分。埃德温·哈勃对造父变星的观测最终解决了争论——星云确实在银河系之外。

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但问题仍然存在。银河系是什么形状,里面究竟有什么?

银河系是什么形状?

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银河系

埃德温·哈勃研究过星系并将它们分为各种类型椭圆螺旋星系.旋涡星系的特征是具有旋臂的盘状星系。有理由认为,因为银河系是圆盘状的,而螺旋星系也是圆盘状的,所以银河系很可能是一个螺旋星系。

20世纪30年代,天文学家r·j·特朗普勒(R. J. Trumpler)意识到卡佩廷和其他人对银河系大小的估计是错误的,因为这些测量依赖于可见光波长的观测。特朗普勒的结论是,银河系平面上的大量尘埃吸收了可见光波长的光,造成了遥远的距离星星星团看起来比实际更暗。因此,为了准确地绘制银河系圆盘内的恒星和星团,天文学家需要一种透过尘埃的方法。

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第一次是在20世纪50年代广播望远镜被发明了。天文学家发现氢原子发射出无线电波长的辐射,这些无线电波可以穿透银河系中的尘埃。因此,绘制银河系的旋臂成为可能。关键是用来测量距离的标记星。天文学家发现,O级和B级恒星是可行的。这些恒星有几个特点:

  • 亮度:他们非常显眼,经常以小团体或社团的形式出现。
  • 热:它们发射多种波长(可见光、红外线、无线电)。
  • 短暂的生命:它们的寿命约为1亿年,因此,考虑到恒星围绕星系中心运行的速度,它们不会远离它们诞生的地方。

天文学家可以使用射电望远镜精确地绘制这些O星和B星的位置,并使用无线电频谱的多普勒频移来确定它们的运动速率。当他们对许多恒星这样做时,他们能够制作银河系螺旋臂的射电和光学地图。每条臂都以其内部的星座命名。

天文学家认为,物质围绕星系中心的运动建立起来了密度波(密度高和密度低的区域),就像你用电动搅拌机搅拌蛋糕糊时看到的那样。这些密度波被认为是导致星系螺旋性质的原因。

所以,通过观察不同波长的天空(无线电、红外、可见光、紫外线),x射线)通过各种地面和太空望远镜,我们可以看到银河系的不同景象。

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银河系结构

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银河系的结构
2008年18新利最新登入HowStuffWorks

根据埃德温·哈勃的分类系统,银河系是一个螺旋星系尽管最近的绘图证据表明它可能是一种棒状螺旋星系.银河系有2000多亿颗恒星星星.它的直径大约有十万光年,而且太阳距离中心约28000光年。如果我们从外部观察银河系的结构,我们可以看到以下部分:

  1. 银河磁盘:这是银河系大多数恒星所在的地方。这个圆盘是由年老和年轻的恒星,以及大量的气体和尘埃组成的。圆盘内的恒星围绕星系中心运行,轨道大致为圆形。(恒星之间的引力相互作用导致圆周运动有一些上下运动,就像旋转木马上的马一样)。磁盘本身被分成以下几部分:核:圆盘的中心膨胀:这是细胞核周围的区域,包括圆盘平面上方和下方的直接区域。旋臂:这些区域从中心向外延伸。我们的太阳系位于银河系的一个旋臂上。
  2. 球状星团:几百个这样的粒子分散在圆盘平面的上方和下方。球状星团以椭圆轨道围绕星系中心运行,其方向是随机分散的。球状星团中的恒星比星系盘中的恒星年龄大得多,而且几乎没有气体和尘埃。
  3. 晕:这是一个围绕着整个星系的巨大而昏暗的区域。光环是由高温气体构成的暗物质

所有这些组成部分都围绕原子核运行,并由重力.因为引力取决于质量,你可能会认为星系的大部分质量都在星系盘上或在盘的中心附近。18新利最新登入然而,通过研究银河系和其他星系的旋转曲线,天文学家得出结论,大部分质量位于星系的外部部分(如晕),那里几乎没有恒星或气体发出的光。

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银河系的引力作用于两个较小的卫星星系大小麦哲伦云(以葡萄牙探险家费迪南德·麦哲伦命名)。它们在银河系平面以下的轨道上运行,在南半球可以看到。大麦哲伦星云直径约7万光年,距离银河系16万光年。天文学家认为,银河系实际上是在从这些卫星星系轨道上吸走气体和尘埃。

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18新利最新登入银河系里有多少颗恒星?

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这很复杂,但你可以用牛顿版的开普勒第三定律来计算银河系中有多少颗恒星。18新利最新登入
E.L. Wright(加州大学洛杉矶分校),COBE项目,DIRBE,美国国家航空航天局

我们之前提到,天文学家已经估计了星星从银河系的测量来看星系的质量。但是如何18新利最新登入测量星系的质量呢?你显然不能把它放在秤上。而是利用它的轨道运动。从牛顿的版本开普勒第三行星运动定律,一个物体在圆形轨道上的轨道速度,再做一点代数运算,你就可以推导出一个方程来计算质量(Mr),它位于任何半径为(r)的圆形轨道内。

  1. 圆形物体的轨道速度(vv = 2Πa / p
  2. 因为这是一个圆形轨道,a变成了半径r M变成了半径M内的质量r).r房车2/ G

对于银河系来说,太阳的距离是2.6 x 1020.米(28000光年),轨道速度为2.2 x 105米/秒(220公里/秒)我们得到2 × 1049Kg在太阳的轨道。因为太阳的质量是2 × 1030.,那么一定有10个11大约1000亿倍太阳质量(类日恒星)。当我们把银河系中位于太阳轨道之外的部分加起来时,我们得到了大约2000亿颗恒星。

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18新利最新登入HowStuffWorks的文章

更多优质链接

  • 银河系的地图。http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html
  • 宇宙教师指南。http://www.astro.princeton.edu/~clark/teachersguide.html
  • 美国自然历史博物馆。“我们在太空中的位置,银河系”http://www.amnh.org/ology/astronomy/milkyway/index.htm
  • Arny,电汇“探索——天文学概论”。处于1994人。
  • 贝内特,J.等人。《宇宙透视》(第三版)皮尔森,2004年。
  • 柴森,E,麦克米伦,S。“今天天文。”Prentice Hall出版社,2002年出版。
  • 发现教育。《了解宇宙:银河之旅》。http://school.discoveryeducation.com/schooladventures/universe/galaxytour/index.html
  • 亨利,J.帕特里克等。“星系团的演化。”科学美国人,1998年12月。http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm98b.pdf
  • 考夫曼,j•《宇宙》(第四版)。WH Freeman & Co., 1994年。
  • 多波长银河。http://mwmw.gsfc.nasa.gov/
  • 想象宇宙。《星系的隐藏生命》这本书。http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/titlepage.html
  • 想象宇宙。《星系的隐藏生命》的海报。http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/poster.jpg
  • 想象宇宙。“银河系”http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/objects/milkyway1.html
  • 美国航天局/喷气推进实验室星系演化探测器。http://www.galex.caltech.edu
  • 种子,硕士《恒星与星系》(第二版)布鲁克斯/科尔,2001。
  • 宇宙之窗。《银河系-我们的家》http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/the_universe/Milkyway.html
  • WMAP宇宙学101:银河系http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101mw.html
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