文档介绍：第七章宇宙的构造
一银河和银河系
1. 银河
在偏远乡村或不受城市光影响的夜晚,当你昂首仰望天空,可以看到天穹上有一条相当宽的白茫茫的光带,从地平某一处向上延伸,到达最高点后,再延伸到另一方向的地平。实际上,这条光带在地平下仍在延伸,形成一个环绕整个天空的光带,人们称为银河。银河也就是银河系在天球上的投影,这条光带就是我们置身其内而侧视银河系时在可见光波段所看到的、布满星星的圆面--银盘。我国古人称它为天河或银汉或星河等;在欧洲则称它为牛奶色的道路(Milk way)。
银河经过的星座有仙后、英仙、御夫、麒鳞、南船、南十字、人马、天鹰、天鹅等,银河宽窄不一,有地方宽度只有4°~ 5°,有地方可达30°,从天鹅到人马座的这一段,约为银河全长的三分之一,银河分为两叉。
毛那基峰上空的银河全景图
2. 银道坐标系
研究银河系常用银道坐标系。银河系的对称面即银道面,它在天球上是一个大圆。银道面是银河坐标系的基本平面。用π表示北银极,Ω表示银道对赤道的升交点,ϒ表示春分点,i表示银赤夹角,S表示天球上的某一颗恒星。1958年国际上规定北银极π的赤道坐标为:A=12h49m D=+
又规定银经l从银河系的中心量起,按反时针方向,从0-360度或0h-24h度量。银纬b向北为正,向南为负。升交点的赤道坐标为:
αΩ=
δΩ=0
银赤夹角的测定值为i=62°.6
3. 恒星的空间分布
研究恒星的空间分布最基本的方法就是直接来计数恒星。直接计数的结果见右表。其中N(m)是对整个天空而言从最亮星一直到m等的恒星数目,M(m,0)是指银道面附件的N(m)值,N(m,90)是表示银极附近的N(m)值。N(m,0)/N(m,90)叫做银聚度,即恒星集中于银河带附近的标志。
从表中可以看出,对于任何m值,N(m+1)/N(m)。而且银河系也不完全透明,越远的星,银河系对他的吸光就越厉害。从右表可见,m越大。N(m,0)/N(m,90)的值也越大。这表明银河系的密集部分的确组成圆盘状;星越暗,垂直于银道方向的恒星数目越小。
4. 银河系自转
19世纪后半叶,就有一些天文学家在讨论银河系的自转了。斯特鲁维于1887年利用自行数据首次确定银河系的自转速度,奥尔特根据大量恒星的视向速度的研究,证明了银河系天体绕中心主的速度是不同的:距银心比太阳近的恒星绕银心运转的速度比太阳快,距银心较太阳远的恒星运转速度比太阳慢。
1) 开普勒转动(V∝R1/2)
绕转体围绕中心的旋转运动的线速度如果与它到中心的距离的平方根成反比,这样的转动称开普勒转动,太阳系里的各行星绕太阳的公转运动,就是开普勒转动的实例。银河系中心部分的恒星密度较大,整个系统的质量绝大部分集中于中心,外围部分的恒星绕银心的转动,就是近于开普勒转动。
2) 刚体转动(V∝R)
绕转体围绕中心的旋转运动的线速度如果与它到中心的距离成正比,我们称这种转动运动为刚体运动。这时各处的角速度相同。如果银河系里的物质均匀分布,则银河系的自转运动应该是刚体转动。
3) 较差自转
上面所说的开普勒转动和刚体转动,都不符合银河系转动的实际情况,银河系的自转是介于两种极端情况之间。粗略来说,银河系中心部分接近于刚体转动,外围部分接近于开普勒转动,中间部分则比较复杂。象银河系这样的转动称为较差自转
银河系里的任一恒星,除了有绕银河系中心的公转速度外,还有它自己的本体运动,这两种速度对观测者来说是叠加在一起的。
奥尔特推得由恒星的视向速度和自行来计算银河系自转的公式为:
中ΔVr为银河系自转对视向速度的影响;l-l0为恒星与银心之银经差;b为恒星银纬(见天球坐标系);Vr为视向速度;μ1为银经自行;r为恒星到太阳的距离;A和B为奥尔特常数,其表达式为:
式中R0为太阳至银心的距离;ω为银河系自转角速度;ω'=dω/dr。奥尔特公式只适用于太阳附近1~2千秒差距范围,再远,这两个公式就不够准确了。
奥尔特常数几十年来,不少天文学家通过对O-B型星、造父变星、超巨星、银河星团等天体的视向速度和自行资料的分析,来测定银河系自转的A、B值。目前通用的值是:
A=+15公里/(秒·千秒差距),
B=-10公里/(秒·千秒差距),
R0=10千秒差距。
由此可以算出,在太阳处,银河系的自转角速度为每年0".0053,自转线速度为每秒250公里,×108年。
5. 银河系的结构
一百多年以来,经过许多天文工作者的反复研究,已经确定银河系的结构包括四个部分,银盘、银晕、银核和旋臂。且根据近期多波段综合结果观测表明:银河系的旋臂密集了大量的O型和B型恒星以及与它们成星协的HII复合体、分子云、超新