银河系是太阳系所在的螺旋星系。对于人类来说,银河系还有很多未解之谜,但是随着科技的发展,银河系的直径已经被测量出来了。那是多少光年?边肖将与你分享银河系的直径,并享受它。
▼▼▼目录▼▼银河系的直径
银河系的直径是如何测量的?
银河系的结构
银河系的年龄推测
● 银河系的直径是多少光年?
现代测量表明,银河系盘面的大小约为16万光年。
银河系的直径是多少?
银河系是一个整体,它包括一个恒星盘(里面有气体),恒星的晕结构,以及一个更大的暗物质晕。
所以不代表银河系只代表很多恒星。事实上,恒星的质量占银河系总质量的~ 10%,其余主要是暗物质。根据上下文不同,银河系的大小多数情况下指的是恒星盘的直径,少数情况下指的是暗物质晕的直径。
因为盘面的直径比较圆,所以只需要测量太阳到银河系中心的距离,以及相对于暗物质晕的直径,在远离银河系中心的方向上,最远的恒星到太阳的距离。但是暗物质晕的尺度很麻烦,因为暗晕周围没有可见物体。
历史上银河直径的测量
第一个测量银河系直径的人是德国天文学家威廉·赫歇尔,他从1785年开始测量银河系的形状。也是从他那里,人们对银河系有了形状的认识。
后来,在1922年,荷兰天文学家Kapteyn进一步改进了Herschel的方法。利用更好的观测设备,他确定银河系的大小为40,000光年。同样,太阳也在银河系的中心附近。当然,这种方法显然是错误的。
后来在20世纪初,发明了造父变星测距法。科学家认为银河系的直径约为20万光年。这是因为银河系表面有大量微小的尘埃,会散射遥远恒星发出的光,使它们看起来更红更暗。
后来随着望远镜和探测器的发展,人们对银河系直径的测量越来越精确,现代测量给出的银河系盘面大小约为16万光年。
当然,银河系的暗晕尺度要比银河系盘面大得多,其质量约为0.5-2.5x10^12太阳质量。
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● 银河系的直径是如何测量的?
天文学家通过观察银河系和河外星系的恒星分布,知道银河系是一个圆盘状的结构,中心有一些凸起,太阳系离银河系中心很远,在银河系的猎户座臂上。基于这些信息,通过测量太阳系到银心的距离和太阳系到背向银心的银河系边缘的距离,就可以知道银河系的直径。
因此,测量银河系的直径相当于测量遥远恒星的距离。恒星测距方法通常包括三角视差法、主序星拟合法和造父变星法。在测量银河系直径时,我们主要依靠三角视差法和造父变星法。
测距方法
三角视差法是一种几何方法。我们在某一时刻观察恒星的位置。半年后,地球转到太阳的另一面,然后我们观察这颗恒星的位置。它的位置与背景星不重合,会造成轻微的视差。只要测量视差角,由于太阳到地球的距离是已知的,根据三角函数就可以计算出距离。天文学中最常用的长度单位Parsec由此而来。
造父变星是特殊的恒星,其光度变化呈现稳定的周期性。因为造父变星的光周期和绝对星等有直接的关系,所以通过测量它们的光周期就可以知道它们的绝对星等,再结合它们的表观星等就可以知道它们离我们有多远。
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银河系的● 结构
银心
银河系的几何中心是银河系旋转轴和银道面的交点。它在星系中央凸起,呈明亮的球形,直径约2万光年,厚度1万光年。
银河圆盘
银盘是银河系的主要部分,是由恒星、尘埃和气体组成的扁平圆盘。银河系的可探测物质中,90%都在银盘范围内。银盘的形状像一个薄透镜,以轴对称的形式分布在银中心周围,其中心厚度约为10000光年,但这是一个稍微凸起的核球的厚度。银盘本身只有2000光年厚,直径近20万光年。一般来说,银盘很薄。
银晕银冠
银河系的圆盘被一个直径25万~ 40万光年的球形银晕所包围。因为盘面的气体和尘埃会吸收一些波长的电磁波,所以银晕的成分和结构还不清楚。盘面(尤其是旋臂)是恒星诞生的活动区域,而银晕中没有这种活动,疏散星团主要出现在盘面。银晕分散在银盘周围的球形区域。银晕直径约10万光年。在这里,恒星的密度很低,还有一些由古老恒星组成的球状星团。在银晕之外,有一个巨大的球形射电发射区,称为银冕,它延伸到距离银中心至少32万光年的地方。
旋臂
银河系中有五个主要的旋臂。它们是英仙座臂、猎户座臂、半人马座臂、方尺臂和盾形半人马座臂。
太阳系
太阳系位于猎户座旋臂内缘附近,距离银河系中心约26400光年。逆时针旋转,绕银心旋转,大约需要2.2亿年。[37]太阳运动的方向基本上是朝向织女星,接近仙女座方向,距离银河系中心约86度。太阳围绕银河系的轨道大致呈椭圆形,但会受到旋臂和质量分布不均的干扰。
翘曲结构
2019年,中国科学院国家天文台陈小典、邓研究组和北京大学王澍研究组基于经典造父变星构建了一个稳健的银盘模型,给出了直观的银河系翘曲结构三维图。造父变星是一种中等质量的年轻脉动变星,比太阳重3到20倍,亮度约为数万倍。因为它们的脉冲周期与光度有着严格的关系,所以它们可以精确地测量距离,精确度为3%到5%。
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● 银河系的年龄推测
投机方法
根据已知的长寿命放射性核的衰变时间(即半衰期),从一些放射性中子俘获元素的丰度数据可以确定银河系中最古老恒星的年龄,从而可以确定银河系的年龄。这种放射性年代测定法被称为核年代测定法。例如,钍的半衰期约为140亿年。有了我们这个时代最大的天文望远镜和高分辨率的光谱仪,我们已经能够探测到恒星的钍,并做出相应的年龄估算。当然,这些恒星并不是银河系中最早的恒星。银河系第一代恒星质量非常大,超过太阳质量的100倍。在这样的恒星内部,核聚变反应极快,甚至只持续几百万年。所以这些最早的恒星已经死亡消失很久了。但与银河系的年龄相比,它们的形成时间与银河系中观测到的最古老恒星的形成时间之差完全可以忽略不计,因此可以将这些最古老恒星的年龄视为银河系的年龄。
投机过程
根据其他方法,宇宙的年龄距离大爆炸大约140亿年。假设宇宙大爆炸与银河系形成的时间间隔为10亿年,那么核年代学确定的银河系年龄与宇宙年龄是相容的。
根据欧洲南方天文台(ESO)的研究报告,估计银河系的年龄约为136亿岁,几乎和宇宙一样老。
2004年,一个由天文学家Luca Pasquini、Piercarlo Bonifacio、Sofia Randich、Daniele Galli和Raffaele G. Gratton组成的小组。使用甚大望远镜(VLT)的紫外视觉矩阵光谱仪首次在球状星团NGC 6397的两颗恒星中发现了铍。这一发现使他们能够将第一代恒星与第二代恒星交替的时间提前2亿至3亿年。所以估计球状星团的年龄在134.8亿岁左右,所以银河系的年龄不会低于136.8亿岁。
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