| 词条 | 银河 |
| 释义 | § 简介 银河 横跨星空的一条淡淡发光的带。中国古代又称天河、银汉、星河。银河在天鹰座与天赤道相交，在北半天球，它经过天鹅、蝎虎、仙王、仙后、英仙、御夫、金牛、双子和猎户等星座，跨入天赤道的麒麟座，再往南经过大犬、船尾、船帆、船底、南十字、半人马、圆规、矩尺、天蝎、人马和盾牌等星座，返回天鹰座。 银河各部分的宽窄和明暗程度相差很大。银河在天球上勾画出一条宽窄不一的带，称为银道带。它的最宽处达30°，最窄处只有4°～5°，平均约20°。银河有些部分很明亮，如盾牌、人马那一段。有些部分则非常暗，如天鹰、天鹅座以南的大分叉和南十字座附近的“煤袋”。大分叉非常暗，银河在那里好像被分成了两条支流。 已得知，银河实际上是银河系主体部分在天球上的投影。因此，当用望远镜观测时，可以看见银河由数量众多的恒星和星云组成。 银河 在中国古籍上除它的位置外，并没有很周详的科学记载与猜臆。但是在古典文学上，它却佔有灿烂辉煌的一页，这一层多多少少与牛郎织女的故事有关，这故事在我国流传已久，汉朝应劭的风俗通里已有“织女七夕当渡河，使鹊为桥”的记载，到了唐宋，更是家喻户晓，其题材经常採入诗歌词赋之中，尤其秦少游一篇鹊桥仙谱成了千古绝唱。耿耿星河便使人们联想到情人相思，缠绵非惻的意境，而冲淡了人们对它的好奇心，凝滞了人们探微求知的本性，那个深更半夜跑出去观测银河，想研究一下银河到底是什麼回事，恐怕不被认为是个疯子，也会被目为不风不雅的人士。这篇问津银河我们要把这些古代传下来的文艺包袱暂时束之高阁，用最没有诗意的立场，来研究一下银河的面貌，剖视一下银河的结构。 银河系主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河。晴朗的夜空，当你抬头仰望天空的时候，不仅能看到无数闪闪发光的星星，还能看到一条淡淡的纱巾似的光带跨越整个天空，好像天空中的一条大河，夏季成南北方向，冬季接近于东西方向，那就是银河。过去由于科学还不发达，不知道它究竟是什么，就又给了它一个名称叫做天河，所以我国民间还流传着牛郎织女每年七夕在鹊桥相会等许多神话故事。实际上，银河是银河系的一部分，银河系是地球和太阳所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名。是我们置身其内而侧视银河系时所看到的它布满恒星的圆面。由于星星发出的光离我们很远，数量又多，又与星际尘埃气体混合在一起，因此看起来就像一条烟雾笼罩着的光带，十分美丽。银河各部分的亮度是不一样的。靠近银心的半人马座方向比其他部分更亮一些。 § 从地球说起 银河大家都知道，地球是太阳系里九个行星之一，我们在地球上看到河山之壮伟，海洋之辽阔。对地球之大已有深刻的领悟，不必言喻。但地球与太阳一比，简直是微不足道，太阳的体积比地球大一百万倍，质量是地球的三十万倍。我们把地球放在太阳的表面，只是一个小黑点而已，还没有太阳上的黑子（sunspot）大。但把眼光再放大一点，太阳也是平平不足为奇，它不过是银河系里一颗极普通的星体，银河系里有二十亿（2,000,000,000）个和太阳类似的星，比太阳质量大几十倍，光度比太阳强一百万倍的星比比皆是。银河之广更是不可思议，譬如说我们要想到银河系的中心去，用光的速度来旅行，也要走三万多年（距离约三万光年），假设真有这样一个太空船，我们现在出发，到达之日，已是我们千代子孙矣！大家都晓得地球自转。月亮绕地球转动，地球及其他行星绕著太阳旋转，太阳和其他银河系的星球也是一样的绕银河系的中心旋转。地球自转需时一日，月亮绕地球一周需时一月，地球绕太阳一周需时一年，太阳绕银河系中心一周需时一星系年（galactic year）一个星系年等于二亿五千万年，真是天上一秒已是人间八年。银河系岂不是大到极点了，但是在整个宇宙里，它不过只是一粒沙而已，类似银河的星系有三十亿（3,000,000,000）之多，这个空间的直线距离就有十亿光年之谱，真是大不可测，远不可限。附图一是后发星座（Coma Berenices）附近宇宙一角，碟状光体都是和银河系类似的星系，附图二是用对红外线敏感的胶片照出来的银河图。我们既然对太阳系，银河系与宇宙的关系有了一些粗浅的认识，现在再进一步谈谈银河本身的问题，从历史演进，研究银河系可以分成二个阶段，第一个阶段主要的工作，是测定银河的大小与形状，这个阶段起端于十八世纪末叶，至一九六二年后渐入尾声。第二个阶段主要的工作是在了解银河结构，这个阶段自一九五○年开始，异峰叠起目前正是方兴未艾之时，我们就按照这个历史顺序来介绍银河系。 § 银河传说 银河 世界各地有许多创造天地的神话围绕著银河系发展出来。很特别的是，在希腊就有两个相似的希腊神话故事在解释银河是怎么来的。有些神话将银河和星座结合在一起，认为成群牛只的乳液将深蓝色的天空染白了。在东亚，人们相信在天空中群星间的雾状带是银色的河流，也就是我们所说的天河。Akashaganga是印度人给银河的名称，意思是天上的恒河。 依据希腊神话，银河是赫拉在发现宙斯以欺骗的手法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯因而溅洒在天空中的奶汁。另一种说法则是赫耳墨斯偷偷的将赫尔克里斯带去奥林匹斯山，趁著赫拉沉睡时偷吸他的奶汁，而有一些奶汁被射入天空，于是形成了银河。 在芬兰神话中，银河被称为鸟的小径，因为它们注意到候鸟在向南方迁徙时，是靠著银河来指引的，它们也认为银河才是鸟真正的居所。现在，科学家已经证实了这项观测是正确的，候鸟确实在依靠银河来引导，在冬天才能到温暖的南方陆地居住。即使在今天，芬兰语中的银河依然使用Linnunrata这个字。 在瑞典，银河系被认为是冬天之路，因为在斯堪的纳维亚地区，冬天的银河是一年中最容易被看见的。古代的亚美尼亚神话称银河系为麦秆贼之路，叙述有一位神祇在偷窃麦秆之后，企图用一辆木制的运货车逃离天堂，但在路途中掉落了一些麦秆。 § 凯卜庭宇宙 银河来自乡村的读者，一定记得月黑天晴的晚上，天上所呈现的一条银白色襟带，从天的一边横跨长空，延伸到天的另一边。住在城市的读者，因为城市灯光在空气中的散射，可能不能看出这条银白色的襟带。这条襟带在仔细观察下，不难看出是无数星星聚集而成的，就是基于这项观察，十八世纪的大哲学家康德（Immanuel Kant）就对宇宙的形状与构造提出有科学价值的猜臆，但是这些猜臆并不是正确的科学途逕，一直到十八世纪末叶（1784），英国天文学家赫雪（William Herschel）才用望远镜作了有系统的天文观测，他的方法极简单，就是细数天上的星体，就从这点观测的结果，他肯定银河系的形状有如扁平的磨石，太阳位于磨石的轴洞里。十九世纪里，对银河系的了解可以说毫无进展，但是天文观测的技术，却有了全面性的革新，到了十九世纪末叶，荷兰天文学家凯卜庭（J.C. Kapteyn）再重新开始研究银河系，他仍旧採用赫雪数星的方法，因为对星体距离测定的进步，他的数星技术远步在赫雪之上，他用统计的方法，把银河系分成若干重点区域（Kapteyn selected areas），不计其详的观测分析，他花了三十年的时间，最后在瞌目长逝前，发表了他的银河图，后来称作「凯卜庭宇宙」（The Kapteyn Universe）。这图形与赫雪的结果大同小异。银河系的繁星坐落在一个扁平的图形中，太阳位居此图形的中央，凯卜庭运用那时的观测技术，定出这个图形的直径有二万三千光年（凯卜庭的银河观在本世纪初期，是大家一致同意的，因为他数星的结果，发现星数随距离而递减。这是一个「太阳非在银河中央不可」的有力证据。但是非常令人惋惜，赫雪与凯卜庭都用了一个错误的假设，他们认为星际光吸（Interstellar absorption）可以完全忽略，这一点错误使他的结论全部改观。我们后面就要提到，在银河系中的星际尘（Interstellar dust）随氢原子气体运行，充塞在银河平面之中，这些星际尘能遮蔽星光，所以虽然我们看到银河系里繁星点点，其实这些都是比较和太阳接近的星，而在银河平面中真正远的星（约15,000光年以上）既使用最大的望远镜也难看到。赫雪与凯卜庭所犯的错误就好像下面这个比喻，在一个大雾的晚上，我们走出去用手电筒四下一照，四面照到的距离全有雾，我们就下结论。我们正在大雾的正中央，其实我们很可能就在大雾区域的边沿，因为手电筒光线被浮在空气中的水粒所阻，四面可达的距离相同，都射不出大雾范围之外。这一层正与太阳在银河系位置相同，我们现在知道太阳并不在银河平面的中央，而是在银河外围，因为星际光吸我们只能看到左近的繁星，而且星数也因光吸随距离而递减，所以错以为我们在银河中央。但是凯卜庭的工作并不是就落空了，科学发展是无数经验堆积起来的，虽然他的银河观是不正确的，但是他为研究银河系奠下的基础是颠扑不移的。 银河一九二六的争辩。一九一七年谢甫利（Harold Shapley）就开始批评凯卜庭的银河观。他的论点是基于银河系里球状星团（Globular cluster）的分布与距离，根据这些球状星团的资料，他主张银河系的中心在人马星座（Sagittarius）的方向，距离太阳约莫十万光年。谢甫利在一九一八年发表他的结论，但并不受天文界的欢迎，最显明的是四年后凯卜庭总结他的银河观时，并不採用谢甫利的说法。谢甫利并不灰心地搜集更多资料，继续朝他的主张迈进，在推进的过程中，引起了很多次学术争辩，最有名的是谢甫利与寇提斯（H.D. Curtis）一九二六年的争辩（The great debate），这个争辩包括二大回合，对现在银河系的了解有决定性的影响。第一回合是针对银河中心与距离。寇提斯代表老派（凯卜庭银河观），谢甫利是新派，我们对老派的看法在上一节已有了交待，我们现在再讨论一下谢甫利的看法。原来银河系组成份子除了独自运行的繁星以外，还有一些星成群结队出现，其中一种叫球状星团，每一个星团拥有大小星体十万之众（附图四）。这些星体因受重力的束缚，虽横冲直闯，但是很少能跑出星团范畴之下。小小几个星成不了气候，纠成十万之众就形成一股势力，银河系中这些星团有一百多个，谢甫利发现他们的分布情形如下（一）对银河平面而言，它们大致对称，就是说平面上下数目相等，（二）这些星团集中在人马星座方向。第一点确定其与银河系的关系（属于银河系），第二点使人怀疑凯卜庭的银河观，如果银河系如凯卜庭所说，球状星团应该很均匀分布在我们四面八方的银河平面上，而不会集中在人马星座附近。所以谢利甫乃主张银河系中央应该在人马星座方向。他更进一步，利用利维（H.S. Leavitt）对小麦哲伦星云（Small Magellanic Cloud）变星（Variable star）的观测，建立起变星周光关系（Penvd-Lumithosity relation）测定银河中央距我们约十万光年。当然我们现在往回看，谢甫利的论点是正确的，但是他的理由并不是很充份，当时反对的人很多，最有名的是寇提斯，所以一九二六年，美国天文学会把他们二人安排在华盛顿的科学院（Academy of Science）公开辩论。结果二人各执一词坚持不下没有结果，这问题一直到一九三○年俄特（Jan H. Ourt）与林德柏（Pertil Lindblad）证实太阳绕著人马星座方向旋转，才正式解决。一九二六年辩论的第二回合，也是双方杀得难分难解，大家都不让步。这次相反，寇提斯的看法对了。科学是集众智的产物，智者千虑，必有一失，愚者千虑必有一得，自倚天纵之才，完全走主观路线是不可效法的。第二回合的重点落在涡状星云（Spirals galaxies）上。自十九世纪中叶发现了很多的涡状星云（见附图五），大家就开始研究；到底这些星云是属于银河系，或是银河以外之物，谢甫利主张这些星云是属于银河系的，然而非常不幸，他引用的观测证据，后来发现都有问题。寇提斯主张涡状星云是银河以外之物。他最重要的理由有二（一）有很多涡状星云横侧面对著我们，而且都有一个暗黑不透光的阴影横卧在中央平面上（附图六），如果银河系就是这样的一个涡状星云，那麼我们见到横跨天际的天河，便正是一个银河星系的横侧面，假设涡状星云位于银河之外，朝银河方向的涡状星云便刚好在这阴影背面，就被遮蔽看不见了，朝别的方向，涡状星云则不会被遮著看不见。这点正与观测吻合，银河方向几乎没有涡状星云，而其他部份充满了涡状星云。（二）所有涡状星云视线速度（Line of sight velocity）比普通星体高出多多，他们的自行（Proper motion，即垂直于视线方向的速度）却很小﹔换而言之，如果他们距离很近的话（在银河以内）这麼高的速度在几十年走出来的弧度，一定相当可观，即使他们的自行一定也很大，事实正好相反，足证他们远在银河之外。谢甫利与寇提斯第二回合之争到赫伯（E.P. Hubble）用100英吋的望远镜看到涡状星云外围的星体时，才渐渐解决。 § 银河自转 银河前面提到太阳系与银河中央的关系，到俄特与林德柏证明银河自转，才迎刃而解。俄特是荷兰人，林德柏是瑞典人，他们在一九二六年就开始著手研究银河自转。他们的方法是研究太阳系附近的星体运行。最重要的发现是高速星（对太阳的相对速度），大多数离银河平面较远，而他们的运行方向呈高度的不对称，完全集中在一边（附图七）。林德柏首先看清楚了这个现象。他认为银河星可以按其分布分成更多系统，在银河平面的星绕银河中心迅速转动。分布在银河上下有相当距离的星则转动较缓。太阳是属于前一系统，所以在太阳系看后一系统的星，多半都逆著我们走，所以才会有这种不对称，同时，我们知道只有接近银河系中心的星转得比太阳系快，这样我们也可观察出银河中心的位置，它是在人马星座方向，凭这理由他支持谢甫利的银河观。俄特更进一步仔细分析属于我们一个系统的星体，他发现我们不仅绕著人马星座转动，而且这个系统的转动是里面快，外面慢的较差转动（Differential rotation），太阳系距银河中央为一万秒差距（Parsec，一秒差距等于3.24光年）太阳公转速度是每秒鐘二百五十公里，即每小时九十万公里，这虽然很快，但绕银河中央一周仍须二亿五千万年。俄特与林德柏虽然奠定了银河自转与太阳系附近的较差自转，但是真正自银河中央到太阳系以外是如何自转，到底里面比外面快多少，依旧茫然无知，一直到二十二年以后，俄特与他的助手用无线电望远镜观测银河系中氢原子气体的运行，才弄清楚。银河系主要成份是星体，佔全质量百分之九十五以上，星际之间并不是真空，而充塞了很稀薄氢原子气体（HⅠregion）约佔全质量百分之四除了氢原子气体以外，尚有星际尘，宇宙线粒子（Cosmicray Particles）氢离子气体（HⅡ region）以及其他物质。我前面提到星际尘能散射星光，所以造成凯卜庭的错误与寇提斯所看到横卧在涡状星系的阴影。普通光学望远镜在银河方向只能看出五千角差而已（一万六千光年），对整个银河的了解，只有管窥之效。但是无线电波则不然，因为它的波长较长，可以在星际通行无阻，所以自一九三七年詹斯基（K.G.Jansky）发现了来自天外的无线电波，使整个天文学大大的迈前了一步。大家都晓得氢原子中有一个电子绕著一个质子转动，电子与质子本身都在旋转（Spin）。旋转方向更改便会放出无线电波，波长约21公厘（cm）。荷兰天文物理学家万德赫（H.C. van de Hulst）在一九四四年还是完全用理论预测这个无线电波。但到一九五一年哈佛大学的伊文与普塞（H.I. Ewenand E. M. Purcell）果然证实了万德赫的预测。俄特与万德赫在荷兰政府鼎力支持下兴建无线电望远镜，致力于银河系的研究，他们最初的结果在一九五二年开始陆续发表，把银河自转，银河的总质量，最要紧是银河系的结构问题逐渐弄清楚。银河自转与质量是有直接关系，角速度（angular velocity）愈近银河中心愈快，从太阳到银河中心一半距离时，自转增加一倍，接近银河中央而角速度增加数倍不止，根据这个自转率，银河质量高度聚集在内部，密度向外递减。 § 涡状结构 银河一个世纪以前，发现了仙女星座（Andromada）的涡状星云（M31﹐附图九），已经有人怀疑银河系也有涡状结构，确定涡状星云是银河以外的星系后，大家就不只怀疑，而是想出法子来勘定银河系的涡状结构。这个问题是相当困难的，我们乘飞机飞临台北市上空，台北市错综复杂的街道一目了然，但是我们站在中山堂上四面眺望，虽然衡阳街，中华路历历在目，但是要我们把台北市的大街小巷测画出来，就难了。坐飞机看台北市，就像我们用望远镜看仙女星座的涡状星系一般，旋涡分明在目，登中山堂望台北市，就好像我们在太阳系看银河，是否有涡状结构。但是天无绝人之路，我们终于发明了无线电望远镜。结构问题大致可以完全解决，现在天文学家又更进一步要了解，这些旋涡臂（Sprial arm）到底是什麼，为什麼会有。在这一节里我们只从观测结果看银河结构。下一节我们再谈旋涡臂的本质问题。前面讲过，可以观测到的星系有三十亿之多，其中百分之七十以上都有涡状结构，德籍天文学家巴德（Walter Baade）是第一个对涡状结构有贡献的人，他发现仙女星座星等的O,B型新生星（Early-type stars）集中在旋涡臂中。这个发现很重要，首先因为O,B新生星光度是通常星（如太阳）的十万倍或百万倍，这点马上说明了为什麼涡状臂要比星系其他部位明亮（参考附图五与附图七）。第二、因为O,B型光谱的新生星年龄不过数百万岁，比起星系其他一般星的年龄（数百亿岁），就好像是昨天才诞生的婴儿与白发皤皤的老翁一般。这说明星系虽有数百亿的高龄，新星球却还在不断的产生中。第三、太阳附近的新生星都坐落在密度较高的氢气中。有些新生星温度太高，把氢原子气体变成了氢离子气体，大家都渐渐相信，星球是星际气体凝聚而成，因为新生星诞生不久，不会马上脱离气体集中区域，所以旋涡臂中一定也是氢原子气体集中地带。这些看法激起了天文界研究银河涡状结构的狂潮。光学天文学家（Optical actronomer）应用巴德的结果，著手测定太阳周围新生星的距离与位置。无线电天文学家运用第三点就开始观测氢原子气体的分布，理论天文学家从事研究新生星形成过程（Star Formation processes），为什麼新生星在旋涡臂中形成，为什麼会有旋涡臂。先谈谈光学天文学家的成果。我们前面数次提到在银河平面中的星际光吸（Interstellar absorption）。正式勘定星际光吸要归功于庄伯勒（R.J. Trumpler），一九三○年他发表了对星团（Starclusters）的研究结果，证实了这个现象，因为星际光吸各方向并不相同，所以使星体距离测定异常艰鉅，很多人想法更正光吸作用，测定新生星距离但是都不成功，一直到一九五二年莫根（W.W.Morgan）及他的助手才正确的改正了光吸作用。他们的结果显明地标示出新生星聚集在三个区域中（附图十），最外面区域叫英仙涡臂（Persens Arm），中间叫猎户涡臂（Orion Arm），里面的叫人马涡臂（Sagittarius Arm）。太阳位于猎户涡臂的内侧。这证实了银河系的涡状结构，唯一的遗憾是光学望远镜（Optical telescope）终非星际光吸之敌，超过了五千角差就不能看到了，所以只能得到局部结构，大结构就非依无线电望远镜不可了。同年（一九五二）俄特与万德赫，发表了他们无线电观测结果，因为银河系的较差自转，里面快外面慢，在附图十一中很容易看出来，在银河中心方向左右九十度之内，旋转最快的一点永远在切点小圆上（Tangent-point circle）。所以每一个方向与太阳相对速度最大的即是切点速度，利用这个简单的几何原理，可以把通过太阳大圆内的银河自转率求出来，大图以外的自转无法正确求出，但普通採用的外推法（Extrapolation）有相当的準确性。这样，我们可以建立一个自转率与中央距离的关系，利用这关系我们可以大致定出银河中氢原子气体分布。俄特与万德赫定出银河系的北半边的结构，数年后奥洲的克尔（F.J. Kerr）观测了南半边，他们的结果见附图十二中。这个图很清楚的显示著涡状结构；太阳附近的结构大致与光学观测结果相同。远处涡状体系虽然紊乱，也有脉络可寻。当然这个涡状结构并不十分完整，有很多不规则部份，这是涡状星系普遍现象，银河系自不例外。在决定结构时有一个很重要的距离，就是太阳与银河中心的距离，这距离虽与无线电观测的银河全貌，关系甚小，但是要使光学与无线电观测配合起来，这距离非常重要，前面言及谢甫利观测变星的光周关系定出这距离十万光年，约三万角差，因为他没有改正光吸作用，而且他的光周关系归零（Calibration）有错误，所以比现在用的大了三倍，现在用的一万角差是经过巴德十年的努力（一九五二至一九六二），才得到的，用这个数字推算出，我们的银河星系半径约一万八千角差。无线电的观测，并且告诉我们银河平面并不完全水平，假设我们把银河想成一个碟子，这个碟子的边缘一边往上翘，另一边往下翘，但是翘得并不厉害，这个现象是由银河系附近的大小麦哲伦星云的重力影响所致，银河系的涡状结构内起于四千角差的中央距离，外达一万二千角差。四千角差以内组织异常复杂，中间的问题多半没有解决。 § 密度波理论 银河现在我们要更进一步，来了解这些旋涡臂、新生星诞生等问题，首先要提醒大家，星系旋转一周，大约须时二亿五千万年，所以天上的涡状星系在我们蜉蝣生命之中是丝毫不变的，旋涡臂如何旋转，无法直接观测，但是我们知道这些星系都有很强的较差自转。如果这些旋涡臂随著臂中的星星气体绕中央转动的话，里快外慢只消一两周，旋涡就旋紧数倍。但是我们看到的涡状星系多半有三十周的历史，而他们旋涡臂的距离多半很鬆，毫无旋紧现象，这个事实叫做旋紧矛盾（Winding dilemma），它成了研究银河结构理论家的核心问题。有些人认为是磁流（Hydromagnetics）造成，又有些人说银河气体会跑出银河面，再从外围跑回来，但是解释来，解释去，仍无法解决。瑞典天文学林德柏在二、三十年前就留意这个问题。他算了很多星球运行的轨道问题，这些经验，使他隐隐约约的想到，旋涡臂也许不是物质臂（Material arm），即随臂中的物质运行而周转，而是密度波之呈现。我们都熟悉水波，波起时，有起，有伏，起伏朝一定的方向，用一定速度前进，林德柏觉得也许旋涡臂是这个密度波的密度较高处（有如波纹之高出水而者），涡臂间则为密度波的密度较低处（有如波纹之低于水面者），而这个密度波沿星系自转方向以一定的角速度前进。星体与气体流进旋涡臂，再流出去，就像水面上的叶子上下漂浮一般。这样一来，整个银河系虽在转动，但旋涡臂却不会被旋紧了，好像流水上的波澜在流水上滚动前进一般，在短时间并不为流水拉远或拉近。这个想法固然佳妙，林德柏花了二、三十年仍不能有所成，主要的原因他对星体动力学中的合作现象（Cooperative phenomenon）认识不够，虽有良田美玉，不得所用。这问题到了旅美中国科学家林家翘，才次第解决。林家翘不仅从理论上著手，证实这种旋涡密度波（Sprial waves）之存在。并且从天文观测中找到证据，支持他的立论。他的研究使天文学进入崭新的一页，海内知名的荷兰籍天文学家包克（B.J.Bok）在三十年代中，望涡状星系而兴叹。「那一个能在我有生之年，告诉我旋涡臂到底是怎麼一回事」。他现在才六十出头，答案已清清楚楚的放在眼前了。密度波造成的涡状结构观念已经被人普遍的接受了。去年九月在瑞士巴索（Basel）举行专门以银河系结构为名的国际天文会议，几乎无人提出异议。当然这个问题并不如想像的单纯，其中牵涉极广，限于本文的篇幅，我们在这儿只大体谈谈。密度波可以运用到任何一个涡状星系上，因为我们对银河系的知识最周全，所以目前重点放在银河系上。根据密度波的理论，我们可以推算出－个具有二个旋涡臂的波式（Wave pattern），这个波式起于四千秒差距，密度波绕银河中心的角速度叫式速（Pattern speed），银河式速只有银河自转（以太阳为準）的一半，涡臂中总密度比平均密度大十分之一而已，这十分之一主要是由星际气体与低速星球所造成，因为低速星球多半是新生星，所以涡臂虽然质量并不太多光度却甚强。然后再看星球为什麼在涡臂中诞生，那是因为式速比自转为低，假如我们跟著式速转动，看见气体与星体流入旋涡臂中，当星际气体流入涡臂时，涡臂本身的重力场，会使气流形成一个冲激波（Shock wave）这个冲激波使氢气云（HI clouds）周围压力陡增数倍，很多氢气云本来无法凝聚成星的，现在都被压缩成星，所以新生星不断在涡臂中产生出来。星体因其质量不同，演化（Evolution）时程也不一样，O,B型的新生星，演化很快，光度特强，但一亿年就寿终正寝，不复见矣，一亿年的光景，这些星还跑不出涡臂的范围之外，所以涡臂永远被新生星点缀著，这点正说明了前一节的第二个问题，同时可以算出这个冲激波超过一万二千秒差距就失去了力量，所以银河系的涡臂只延伸到一万二千秒差距，这点正与观测相吻合。另外密度波的理论，发现二个主涡臂是不可避免的结果，这点也是与所有观测符合，除了这些重点之外，密度波对星际磁力场，宇宙线，星际尘都有极合理又与观测一致的安排，所以这个理论一出，造成天文界洛阳纸贵的现象，林家翘为国人争光，不让杨李专美。密度波的理论是建立在星体力学（Stellar Dynamics）上、星体力学与等离子物理（Plasma Phvsics）的基本原理是是不可分割的，等离子物理主要的目的在控制核反应，使原子能能用在工业上与日常生活上，这工作如果做成了，别的不说一加仑海水里所包含的重氢（Deuterium）用来作燃料，可以开汽车走遍中国不要加油，用来烧饭，可以烧几年。其重要性是不必言喻的，现在各国都在花钱发展等离子物理，但是这门学问之难，难于上青天，这麼多年的努力，成果渺乎其小，尤其做实验，费钱无算，而困难重重，星体力学与等离子物理在理论上非常相似，星体间是以重力互相牵制，离子与电子是以电磁力互相牵制，普通星系都有自转，这点又与等离子有外加磁场相同，所以研究星体力学与解决等离子物理有相互关系，密度波理论之成功，很引起等离子物理学家注意，因为有些实验，不是有限的金钱力量可以做的。但是这些实验可能大自然已经替我们做好了，放在天上，只要等我们去观测。当然目前这两门学问离沟通之日尚远，但是从科学的发展史来看，这一天的来临是不会太远的。我们从这个角度看去，天文学家存著这种理想去研究大自然的现象，他们不仅不是只图空想，不务实际的人，而是时代的拓荒者。进行在线转换。 § 银河鹊桥相会 银河农历七月初七，这天是中国传统节日里最具浪漫色彩的“七夕节”，是传说中牛郎与织女一年一度在银河鹊桥相会的日子，该日也逐步演变为中国的情人节。因此，每到七夕有情人总会仰望星空祈祷爱情忠贞不渝。据江苏省天文学会专家介绍，牛郎与织女是民间一种叫法，其实在天文学上牛郎的中文名为河鼓二，而织女星称为织女一，它们分别是天鹰座和天琴座的一颗亮星，由于这两颗恒星肉眼清晰可见，又容易辨别所以在明代郑和下西洋时，就曾以织女星为航海的导航标志之一。在晴夜，可找一处不受城市灯光影响的安全地方，最好是在天黑后两小时左右，此时没有多少月光的影响，事先约好亲朋好友或情侣，找好躺椅。在万籁俱寂的夜晚，仰头静望，当你看到横贯长空的银河时，会有一种舒适的精神享受。在头顶附近，银河中间与两边有3颗明亮的星星，其中最亮的一颗呈青白色，她在银河西北边，这就是织女星。织女星的下方有四颗较暗的星，组成小小的平行四边形，它们就是神话传说中织女编织的美丽云霞和彩虹的梭子。另一颗亮星在织女星的南偏东，即银河的东南边，他就是牛郎星(又名河鼓二)。牛郎星是颗微黄色的亮星，在他两边的两颗小星叫扁担星，传说中是牛郎挑着一对儿女。根据现代天文观测及测算结果，牛郎星距我们有16光年(1光年约等于 10万亿公里)，织女星距离我们26光年，两星之间相距16光年，即使牛郎给织女打个电话，织女也要等到16年后才能听到牛郎的声音。因此他们每年的“七七相会”，是根本不可能发生的。传说中为何要将“七月初七”这一天算做牛郎织女的相会日呢？这是因为古人认为“七”是吉利数字，有圆满的意思。而且“七七”之夜，是月亮接近银河的时候，月亮的光辉也恰好能照在银河上，更便于人们观星。今夜用天文望远镜观看，会看到银河里密密麻麻的星群。而半个月亮的余晖洒向银河便成了人们想像的“鹊桥”据介绍，传说中为何要将农历“七月初七”这一天算做牛郎织女的相会日呢？这是因为古人认为“七”是吉利数字，有圆满的意思。而且“七七”之夜，是月亮接近银河的时候，如用天文望远镜观看，会看到银河里密密麻麻的星群。而半个月亮的余晖洒向银河便成了人们想象的“鹊桥”。眼下，正是盛夏时节，晚间9时左右亮度零等的织女星首先出现天顶附近，随后在其偏南方向还有一颗一等星的牛郎星，在远离城市灯光的郊外，市民抬头仰望夜空会惊喜地发现，在两颗星的中间隔着一条横贯南北的白茫茫的天河(即银河)，其中牛郎在河东，织女在河西，它们无言相望，颇有一番诗情画意。 § 地球绕银河中心一周中生物界的分析与综合发展 银河从目前看，地球（太阳系）绕银河中心一周的时间是不断延长的，这说明银河系是在不断扩张的。与此同时，太阳系公转轨道是不断沿其椭圆的两圆心连线的延长线拉长的。这说明在银河系外有相邻星系对太阳系的吸引力不断增大。 是地球绕银河中心一周的环境变化，造成了地球上生物的多次大灭绝。这实质并不是灭绝，而是动物界的一种综合发展过程。在动物界的分析发展阶段，动物种类和数量是不断增多的。到动物界的分析与综合发展的质变临界点上，动物的种类和数量达到最多，然后进入综合发展阶段。在动物界的综合发展阶段，动物的种类是不断增加的，其个体数量是不断减少的，但其质量却是不断提高的。正因如此，虽然发生了多次动物大灭绝事件，动物界本身非但没有灭绝，反而越来越兴旺繁荣，并产生了最高级动物——人类。人类已不属于动物界，它很快就要彻底脱离动物界，而变为自由人类。地球绕银河中心一周的轨道，是一个近似椭圆形的开放的螺旋状的曲线。它既不是椭圆也不是圆周。这个曲线表明，地球绕银心飞行的轨道是不断扩大的，这是银河系正在不断扩张的一种表现。如图所示： A G· E· H· C· F· D· B 图中箭头所示方向为太阳系绕银河中心旋转方向。A点为远银心点，Ｂ点为近银心点。Ｃ点与Ｄ点为靠近银心的两个特征点。Ｆ点为银河中心点，Ｅ点为虚有圆心。Ｇ、Ｈ点为靠近虚有圆心的另两个特征点。太阳系即地球绕转方向是反时针方向。在远、近银心的两个点上，地球的生物种类和数量最多，其中近银心点的种类和数量要大大多于远银心点。这表明近银心点附近是最适合生物生存发展的时期，而远银心点次之。在Ｃ、Ｄ两个特征点上，是生物种类最多而个体数量最少的时期，也是一切生物大灭绝的时期。其实，在虚有圆心两侧的特征点上，也会产生较大自然灾变的，只是没有银心点两侧的特征点大罢了。这样，我们就看到，地球生物在绕银河中心一周中是经历了两个连续的分析与综合发展过程。ＤＡＣ这半周是一个分析与综合发展过程。其中，ＤＡ段是它的分析发展阶段，ＡＣ段是它的综合发展阶段。虚有圆心两边的两个特征点，把它们分别划分为两个大阶段。ＣＢＤ这半周是另一个分析与综合发展过程。ＣＢ段是它的分析发展阶段，ＢＤ段是它的综合发展阶段。这两个阶段又分别可以划分为两个大阶段。人类就是在近银心点上诞生的。这样划分是完全正确的，因为事物分析发展是由一到多的过程。在两个远、近银心点上，都是动物种类与数量最多的时刻。这表明该点就是生物分析与综合发展全过程的质变临界点，即分析阶段与综合阶段的临界点。在此之前是动物的量变发展阶段，之后是它的质变发展阶段。在一个循环内，在它的综合发展阶段产生的动物要比分析发展阶段高级，这就构成了动物由低级向高级的循环发展过程。每经历一个循环，都会把动物推向更高阶段。 动物要产生和繁荣，必须有一个适合的地球环境。优胜劣汰，适者生存，是动物界发展的永恒规律。一切动物都是一定环境的产物，当环境发生了重大变化，它们不能适应环境，它们也就该灭亡了。这就造成了动物界的生生灭灭的不断循环发展。旧物种灭亡，新物种产生，是动物界走向永恒繁荣的必由之路。人们总是说，动物界曾发生了多次大灭绝事件，然而，事实是动物界本身并没灭绝，它反而更高级更繁荣。这说明所谓灭绝的说法并不科学，这实质是动物向高级发展的表现。所谓灭绝的动物种族，其实根本就没有灭绝，而是通过综合发展而演化成了更高级动物。现在人们都已承认恐龙并没灭绝，而是变为了鸟类。当人类综合认识完成后，一切民族就消亡，它们都演化为一切边缘民族了。原来的一切民族本身都不见了，这也可以说是一种灭绝，但这是不科学的说法。一切事物能实现综合发展，其根本原因就是外力的推动，外力是事物实现综合发展的根本动力。动物大灭绝是地球环境发生重大变化的必然产物。这就是说，地球由远、近两个银心点飞向两个特征点过程中，由于银心对它吸引力的变化，使地球环境逐步发生了重大变化，在到达两个特征点时，这种变化达到了最大值。这时，动物的综合发展过程也结束，而进入下一循环的分析发展阶段。在分析发展阶段，虽然地球环境也会发生一定程度变化， 银河但已没有综合发展阶段变化大，这只能造成个别物种的灭绝，决不会造成物种大量灭绝。动物界在地球飞过ＣＤ两个特征点时，都完成了综合发展过程而开始了新的循环的分析发展过程。特征点的特点是，地球离银心距离最近，所受引力最大，飞行速度最快。地球在特征点Ｃ的瞬时速度最大，而刚过特征点的瞬时速度又是最小的，然后，随着加速度的不断增加，它的速度不断加速加快，到达另一个特征点D时的瞬时速度又最大。ＣＢ段是动物的分析发展阶段，ＢＤ段是它的综合发展阶段。它能实现综合发展的根本原因，就是由于地球飞行速度不断加快的幅度更大，造成了地球所受银河中心引力不断增大而使环境发生了巨大变化。地球飞行速度大幅度加快，使时间大幅度变慢，这能延长动物种族和个体寿命，与分析阶段相比较，有利于提高动物质量。但地球环境的不断大幅度变化，就会造成一切动物的程度不同的不适应性，这就会使一些种族走向灭绝。在综合发展过程中，这种个别局部的灭绝是经常发生的，到综合发展过程结束时，在分析发展阶段所产生的一切生物就几乎全部消亡了。人们是无法挽救那些因自然环境变化而灭绝的动物种族的，生生灭灭正是动物本身不断向高级发展所必需，在综合发展阶段尤其如此。那么，在地球环境发生巨大变化过程中，究竟会发生什么样的灾变呢？在地球由远、近银心点飞向特征点过程中，银心对地球吸引力是不断增大的，而其飞行速度又是不断大幅度的增大的。地球所受引力越大，它的面向银心的一面就会向银心方向拉长，直至拉断地壳而产生巨大火山喷发，使地壳发生巨大变迁，这会产生新的高山，大海变陆地，陆地变大海。巨大的火山灰会冲入云霄，遮云蔽日，使地球温度大大降低，甚至会使地球磁极发生偏转，同时也会增加地球被小行星撞击的机会。地球在不断大幅度加速的快速飞行中，它的吸引力就会不断增大，这就大大增大了小行星撞击地球的可能性。在两个远、近银心点附近吸引不到的较大小行星，这时就可能被吸引进地球中，这就是小行星撞击地球的主要由来。当然，地球在一切时刻都有吸引小行星的可能。但是，一是它吸引大一些的小行星的可能性小，二是它吸引的总概率要比综合发展阶段小得多。它吸引较小的小行星，一般并不会产生多大影响，至少不能使地球环境发生全局的巨大变化。由此可见，能使动物界实现综合发展的根本原因，主要就是地壳的巨大变迁，同时也有小行星撞击的因素有人说，造成动物大灭绝的灾变可能是地球在绕银心的飞行中，穿过了一片尘埃的产物。这是不可能的。如果地球穿过星云块，地球就会被烧掉，因为星云块中温度是不能使分子存在的。地球穿过尘埃区是不可能的，宇宙中根本就不可能有这样的尘埃区。在恒星碰撞中，不是产生地球一类行星就是会产生一些细小的分子团——尘埃。在一切恒星周围和宇宙空间，都存在这种尘埃及光线粒子。这些尘埃并不会密集到遮云蔽日程度，正如地球目前就在这种尘埃中一样。至于一些破碎的行星如太阳系中的小行星带，其范围也是很有限的，决不会对地球产生重大影响。当然，地球随时都有随同太阳一起被邻近的恒星吞吸或吸引的可能。当另一个恒星靠近太阳时，这种相互吸引，肯定会使太阳产生程度不同的喷发，甚至甩出物质形成新行星。地球的地壳也会发生大变迁，造成动物的大灭绝和综合发展。 所谓动物界的综合发展，就是由于环境的全面巨大变化，使一切动物都面临了生存危机，迫使一切动物都努力改变自己。当这种努力失败后，为了求生存，就会发生不同物种之间的交配现象而产生新物种。这种综合发展所产生的新动物有些不能适应环境，一生下来就死掉了，而有一些则会生存下来。这就是动物大灭绝的实质所在，它们并没灭绝，而是在边缘动物种族中获得了新生。正因如此，动物界才会不断向高级程度发展而产生了人类。一般说来，动物界的生存在分析发展阶段的动物种族，在综合发展阶段结束时基本都消亡，只有极个别种族能延续到下一循环的分析发展阶段中，而且在下一循环中它也一定会灭绝的。这是由事物的分析与综合发展规律决定的，即下一阶段会有一定的上一阶段遗留物存在。在动物界的分析发展阶段，也会有不同物种之间交配而产生新物种的现象，但这只是一种个别局部的现象，只会有少量的新物种产生。只有在动物界的综合发展阶段，不同物种之间的交配才会成为普遍现象，几乎每个物种都会与其他物种交配而产生大量新物种。 动物大灭绝这个概念是完全错误的，今后不应该再使用了，其实这是动物界综合发展的表现。如果我们说动物大灭绝，那么，以后出现的新物种又是怎样产生的呢？难道它们是从原始单细胞直接演化而来的吗？如果是这样，动物就不该向高级发展了。况且，新物种的产生过程要比动物界总的演化过程短得多，在这么短时间内，原始单细胞决不会演化为较高级动物的。既然旧物种灭绝，又产生了新的高级物种，那么，新旧物种之间就一定会有内在本质联系。这种解释只能有一个，那就是新物种是由旧物种演化而来的。否则，我们就无法解释物种大灭绝了而动物本身却还存在，而且还不断向高级程度发展的这样一个事实。所以，只有从分析与综合发展的角度，我们才能认识动物界的演化过程和规律，从而使我们弄清生物和动物及人类的起源和发展规律，进而在实验室中从基因层次上真实地重复这一历史过程，并从中造出我们现代人造环境所需的一切物种和改造一些物种与消灭一些物种，这是人类在地球自然中实现自由的内在要求。地球绕太阳一周过程中，造成了植物的分析与综合发展问题。从春天万物复苏开始，植物开始了它的分析发展过程。从总体上看，它表现为万物都开始生长。从具体看，就是植物种子开始发芽生长。植物种子开始发芽生长过程，就是由一到多的过程。它由一粒种子分化出了植物的根径叶和花，以及由花所产生的多个不成熟的果实。当植物果实成熟时刻，它的分析发展阶段就结束而进入综合发展阶段，从而使植物灭亡。它能实现综合发展的根本原因，一方面是它的一个生长期结束，再不能生长了。更主要的还是温度降低，使它不能生存。银河系绕更大星系旋转一周的过程，也肯定会产生类似地球绕银心一周那样的分析与综合的发展过程。银河系的一定程度的综合发展，一定会造成银河系内秩序的一定改变，产生大量恒星碰撞事件。 § 银河文学 银河银河，在我国古典诗文中有不少有趣的别称，如： 曹操《观沧海》 “星汉灿烂，若出其里”中的“星汉”。 陆机《拟明月皎夜光》 “招摇西北指，天汉东南倾”中的“天汉”。 杜审言《七夕》“白露含明月，青霞断绛河”中的“绛河”。 李白《月下独酌》“永结无情游，相期邈云汉”中的“云汉”。 杜甫《阁晚》“五更鼓角声悲壮，三峡星河影动摇”中的“星河”。 王建《秋夜曲》“天河悠悠漏水长，南楼北斗两相当”中的“天河”。 李贺《天上谣》“天河夜转漂回星，银浦流云学水声”中的“银浦”。 李贺《溪晚凉》“玉烟青湿白如幢，银湾晓转流天东”中的“银湾”。 李商隐《嫦娥》“云母屏风烛影深，长河渐落晓星沉”中的“长河”。 § 相关电影 银河银河系漫游指南片名：The Hitchhiker's Guide to the Galaxy 译名：银河系漫游指南 更多译名：星际大奇航 导演：加斯·詹宁斯Garth Jennings 主演：马丁·弗里曼Martin Freeman 山姆·洛克威尔Sam Rockwell 约翰·马尔科维奇John Malkovich 类型：科幻、喜剧 剧情简介 倒霉蛋亚瑟·登特在地球即将被毁灭的最后一刻，在他最好的外星人朋友的帮助下跳进了一艘宇宙飞船，从此开始了奇幻的星际之旅。一路上亚瑟遇到了形形色色的人等，比如长有两个头的银河系总统还有总是心情沮丧的机器人马文。在经历过挣扎、恐惧、失望和成功后，亚瑟终于领悟了到生命之于他的意义。 拍摄花絮 《银河系漫游指南》这部科幻大片是根据英国著名的科幻小说家道格拉斯·亚当斯最著名的同名作品改编而成。原著本是上世纪70年代作者为英国BBC的广播剧创作出来的故事，然后又有了小说、电视系列剧，作为星际题材的经典之作它有五部系列作品，第一部也就是电影的原型《银河系漫游指南》(The Hitchhiker's Guide to the Galaxy)，被粉丝们简称为“H2G2”。原著作者道格拉斯·亚当斯为这部他最心爱的作品搬上大银幕完成了所有的剧本写作，甚至还专门为电影版本创造了一个全新的人物，一个名叫哈玛·卡乌拉的传教士。只是在还未看到自己倾注了许多心血的电影版本前，亚当斯就在2001年心脏病发，驾鹤西去，年仅49岁，也为这部影片平添了不少遗憾。 幕后制作 作为一个拍摄广告和MTV起家的导演，加斯·詹宁斯头一遭执导剧情长片就碰上了这样备受瞩目的影片，所要承受的压力之大可想而知。他不但要努力去取悦《银河系漫游指南》的死忠粉丝，还要吸引更多的新观众。这对一个介入拍摄计划仅两年的人来说，确实是个艰巨的任务，特别考虑到道格拉斯为了它足足花了20年的心血，“相比之下，我在各方面都是个的的确确的新人，只在最后一刻才出现，把一切材料组装起来。” 简评 《银河系漫游指南》，一部从广播剧衍至今的系列作品，已其充满幽默和哲学思辨色彩的风格成为了科幻作品的杰作，也影响着当今的流行文化，从物理学家史蒂芬·霍金到披头士歌手保罗·迈卡特尼再到电影梦想家乔治·卢卡斯，世界上的艺术家、科学家、哲学家还有各种时尚人士有几个是没读过这套作品，没迷恋上亚瑟和他的神奇之旅的。 § 银河系 银河 概述：银河系是地球和太阳所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名。银河系约有2000多亿个恒星。银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，太阳位于据银河中心3.3万光年处。鼓起处为银心是恒心密集区，故望去白茫茫的一片。银河系俯视像一个巨大的漩涡这个漩涡有四个旋臂组成。太阳系位于其中一个旋臂（猎户座臂），逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周需要2.5亿年）。银河系呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。从远处看，银河系像一个体育锻炼用的大铁饼，大铁饼的直径有10万光年，相当于946080000亿公里。中间最厚的部分约3000～6500光年。太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上，距离银河系中心约3.3万光年。 银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成。而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。沙普利得出，银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距。这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代，银河系自转被发现以后，沙普利的银河系模型得到公认。银河系是一个巨型旋涡星系，Sb型，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米／秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概 在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前。 |
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