游遍银河系

叶　瞄

直到20世纪20年代，天文学家才开始意识到：我们的太阳和其周围的恒星构成了一个“宇宙岛”，而在宇宙中像这样的“岛”多得难计其数。如今，随着过去几十看中天文观测技术的日新月异，人类对自己所在的“宇宙岛”——银河系的地理状况越来越熟悉。我们已经知道，在银河系中，至少有1万亿个星球，数十亿个奇异的行星系统，100万个黑洞和一个喜怒无常的独霸整个银河系的超级黑洞。现在，就让我们用想象力来做一次银河系的“大自然探索之旅”。

置身银河系中．你是很难对自己周围的情况一壳无余的，这是因为银河系的大部分空间都充斥着星际尘埃。不过，银河系的神秘面纱正在被逐渐揭开，在过去几十年中，天文学家一直在劳神费事地绘制银河系地图，试图查明银河系的结构。这项任务可谓艰苦卓绝但同时也回报巨大。

天文学家现在已经知道，我们的“宇宙岛” 银河系其买是一个由星球、气体和尘埃组成的密集“圆盘”，其直径为大约10万光年，即光在13万年中走过的距离，众所周知光速为每秒30万千米，由此可见银河系有多么巨大。在银河系这张“圆盘”的两边各有一个凸出的星群，直径各为12000光年。看上去，这两个星群就像是两只背靠背的巨型煎蛋。疏松分布的古老恒星的微弱光晕和紧密排列的球状星团，环绕着整个银河系。总地算起采，银河系里有至少2500追亿颗恒星，最多可达10000亿颗恒星。

这幅壮丽的银河系图画最初“显现”于1923年，当时，美国天文学家埃德温·哈勃第一个确定了仙女座星云中的恒星与地球之司的距离。在天文望远镜中，遥远的仙女座星云只是一团便嘲的光圈。哈勃的观测显示，这团星云买际上是一个由许多颗恒星组成的“宇宙岛”。这就暗示银河系也是一个“宇宙岛”。

从那以后的观测一直表明，我们的银河系有着明亮的旋臂，这些旋臂围绕银盘旋动的大量恒星组成。

现在我们还无法跑到银河系外面从远处去看银河系是什么样子，但是可以推测它很可能是一只巨大的太空转轮、如此巨大的旋转星系真是不同寻常，与银河系相比，其他绝大部分的星系都显得太小、太暗弱、太不起眼。

银河系图画至今还不完整，事买上，尽管科学家探索宇宙所用的方法越采越高明，尽管天文学家已经在银河系进行了孜孜不倦的大量艰难探索，但我们仍然对自己所在的这个星系的结构所知甚少，要想彻底揭示银河系的奥秘，现有的技术还明显不够。

不过，以现有的知识，再加上你的想象力，我们还是可以来一次银河系的探索之旅。

外星生命

我们的太阳所在区域距离银河系的中心(简称“银心”)大约20000光年，刚好是银河系半径的一半多一点点。太阳系中之所以会有生物存在，可能并非偶然。科学家相信，一颗行星上要想演化出生物来，很可能需要大量比氢和氦更重的元素，这样才能产生担负着各种生理功能的名种分子，而越靠近银河系中心的地方所具有的重元素也就越丰富。所以，有可能演化出生物的行星不可能距离银心太远。另一方面，高等生物需要至少几十亿年时间才能进化出来，因此具演化区也必须距离银心足够远，否则就会被银心经常爆发的超新星害惨，这定因为超新星爆发会产生大量“远程炸弹”。

2004年，一位科学家进行的研究结果显示小，位于银河系半径刚过半位置的“生物可居住地带”实际上可能窄得惊人。他们运用电脑进行的模拟和计算表明，可能演化出复杂生物的环行区域只能位于距离银心22000至30000光年之间，也就是只占整个银盘面积的110。

黑洞

毫无疑问，银河系中最怪异的“居民”就足黑洞。几百年来，人们一有在猜测宇宙中存在密度非常非常大的物体，它们无比巨大的引力会阳止包括光线在内的一切物质逃离自己的束缚，从而在时间一空间中形成“裂缝”黑涧。一直到了20世纪，科学家才开始确信黑洞的存在。比如，当一颗质量非常巨大的恒星在其生命尽头发生爆炸后，会留下一个质巷为太阳3倍以上的核，没有任何的已知力量能阳止这个核坍缩成一个黑洞。

不仅如此，黑洞在银河系中可能司空见惯，因为银河系中每100年就会发生一两次超新星爆发、具中大部分爆发按理说都能形成黑洞。如此算来，银河系中的黑洞数量应该在1000万个。可是，我们怎样才能看见这些完全黑暗无光的黑洞呢?尽管黑洞自身不发光，但是假如黑洞处于一个双星系统，即有一颗伴星(相伴的恒星)环绕黑洞在近距离运行，那么这个黑洞周围的区域就可能会是明亮的，因为黑洞的引力会扯掉伴星的一些物质，从而围绕黑洞形成个旋转的圆盘。圆盘距离黑洞足够近时，就会发出×射线。

20世纪70年代，×射线太空望远镜问世，天文学家迅速发现了第一个黑洞双星系统的候选者，天鹚座× 1，它距离地球大约8000光年，

除了×射线外，还有一个信号可以证明这个黑洞的存在：由于受黑洞引力的影响，具明亮的伴星在微微摇晃，从伴星的摇晃程度可以看出，具身旁的暗星质量至少是太阳的7倍。这么沉重而又如此黑暗的家伙，只能是一个黑洞。

从那以后，天文学家又在银河系中发现了大约100个其他的黑洞。根据美国宇航局的钱德拉×射线望远镜的观测结果，科学家于2005年1月宣布．几万个致密的天体正在靠近银心的地方绕行，具中的许多天体都可能是黑洞。这些黑洞可能是在距离其现在的位置很远的地方形成的。理论认为，在数十亿年的漫长岁月里，那些沉重的黑洞会逐渐沉向银心．与此同时它们将鸠占雀巢——把相对轻质量的恒星驱正王到远处。(压题图为著名的“螺旋星云”，实际上是一团直径为2.5光年的巨型气云，它的前身是一颗与太阳相似的恒星)

超级黑洞

在银河系的中心，躺着一个巨大的魔鬼。通过观察在银河系中心附近运行的恒星的速度，天文学家看出在银心潜伏着一个超级黑洞——其质量竟然是太阳的300万倍。正因为这个魔鬼的引力是如此巨大，所以在它周围半径约为770万千米的范围内，包括光线在内的一切物质都无法逃出这个十分广袤的“超级禁区”。770万千米有多长?是地球与月球之间自线距离的20倍。

天文学家发，大多数(假如不是全部的话)星系中都潜藏着一个超级黑洞。但这些黑洞的来源在还是个谜。它们可能是在还没有恒星出现的原始喑宇宙时期，由巨型气云坍塌而形成的原始星系，也可能形成于已经存在的星系中，不过开始时只有小型黑洞，然后大量的小型黑洞大因某种原因聚合形成超级黑洞。朝向超级黑洞运行的恒星、气体和尘埃放出极大量的能量，为一系列超级明亮的“活跃星系”提供能源。然而奇怪的是，银河系中的超级黑洞看上去沉睡不醒、黯淡无光。会不会是这个魔鬼饥肠辘辘却找不到果腹的东西呢?恰恰相反，银河系里可供它享用的“美食”丰富得很。可是，银河系超级黑洞的亮度仅为其他许多星系中超级黑洞亮度的100万分之一。这是为什么?

天文学家于2005年初宣布，他们已经找到了证据，可以证明银河系超级黑洞的“不活跃”状态只是暂时阶段。2003年，一颗叫作“英特格拉尔”的人造卫星发现了从人马座B2星云发出的超高能×射线。人马座B2星云位于银河系超级黑洞的一侧，距离这个超纵黑洞大约350光年。这个发现证明．就在350年前，从地球上看去，银河系超级黑洞的亮度也是今天的100万倍。

看来唯一可行的解释就是：假如你在300至400年前(也就是大物理学家牛顿和伽利略生活的年代)在地面观察银河系中心的超级黑洞，它在短波的波段肯定是十分显眼的：所以，假如牛顿或者伽利略当时已经发明了像现在这么先进的伽马射线望远镜，他们就一定会欣赏到银心的惊人表演；在这场明亮的“大秀”上演350年后，其明亮的辐射才到达人马座B2星云，我们也才得以看见这场表演的“尾声”。

银河系超级黑洞在天文学上相对的近期——350年前仍然是一个“活跃星系”，这暗示将来它很可能会再度大放光芒、大红大紫。(右上角题图为“蟹状星云”，它是一次超新星爆发后的余烬)。

“巨无霸”恒星

在银河系中有比太阳大几千倍的恒星。随着望远镜技术的发展在近年来的突飞猛进，银河系中的“巨无霸”们已渐渐“浮出水面”。2005年1月，天文学家宣布他们又发现了4颗已知最胖的恒星。

迄今为止已经发现的“巨无霸”恒星(并非按照大小顺序排列)是：人马座KW星、仙王座V354星、天鹅座KY星和仙王座Mu星。通过测量这4颗恒星的亮度和温度．天文学家估计它们的大小都在太阳的1500倍以上。不过．这些“巨无霸”大约已有1000万岁了，再过100万年它们可能就会自我爆炸、粉身碎骨。

尽管这4颗恒星的质量都在太阳的25倍以上，但它们还坐不上银河系恒星质量的头把交椅。银河系中最重的恒星，其质量可达太阳的150倍，其中之一是船底座伊塔星，可以说它是银河系中的“定时炸弹”。船底座伊塔星的质量至少是太阳的120倍，其内部的核反应时时刻刻发出极为强烈的辐射，产生一种向外的巨大压力，藉以抗拒使这颖真正的巨无霸合而为一的引力。这使得船底座伊塔星极不稳定，其亮度每过几年或者几十年就会发生明显的变化：有时它会隐身于星际之间．肉眼不能看见，有时它又是夜空中最明亮的星星之一。19世纪中期，天文学家曾目睹过船底座伊塔星的一次大爆发．直到现在仍可找到那次爆发的痕迹。不过，这颗超级“巨无霸”能活不了多久了——它很可能在10万年之后灰飞烟灭。

“巨无霸”恒星中还包括一些“另类”，比如大犬座VY星。它的直径足太阳的3020倍，或许它还有一颗伴星，并且这颗伴星的引力正在向外“撕扯”大犬座VY星的大气层。(左上角题图为船底座伊塔星的想象图)

请思考这个问题：如果把一勺白糖换成相同容量的中子星，会有多重?答案是：10亿吨。这是因为中子星的密度大得令人难以想象，而且它还有其他一系列奇异的特性。

在实际探测到中子星之前很长一段时间，天文学家就从理论上预知了它的存在。早在20世纪30年代，天体物理学家就提出了中子星这个概念。他们意识到，虽然大质量恒星爆发形成超新星后其内核会坍缩成黑洞，但并非所有的超新星都会这样。假如爆发后剩下的残骸仅为太阳质量的1.3至3倍，它就会坍缩成中子星，其大小只与一个小城市相当，并且有一个坚硬的铁质外壳。

中子星的自转速度可达每秒600转(和电钻速度不相上下)，并且会产生强度极大的磁场，正是这两个特性，最早让天文学家能够直接探察到中子星的存在。

1967年，英国剑桥大学的女研究生乔斯琳·贝尔在记录来自宇宙的无线电信号时，突然发现每隔1.3秒就从狐狸座发出怪异的“嘟嘟”信号。乔斯琳和她的导师安东尼·休维西都不知道这个信号究竟是什么，以至于他们半开玩笑半认真地说，这是由传说中的外星“绿色小矮人”发出的无线电波。他们也因此将这个信号源命名为LGM1，其中的LGM(Little Green Men)“绿色小矮人”这个英文词组中每个英文单词的词首组字。

没过多久，在发现了从别的地方发出的类似脉冲信号之后，乔斯琳就否定了“绿色小矮人”这种无稽之谈，因为很难相信在整个银河系中有那么多身处不同地方的“绿色小矮人”同时在迫不及待地向地球人发信号，而且用的是同一无线电频率。于是，这种现象被重新命名成“脉冲星”。很快地，天文学家就把它和中子星联系了起来。

在中子星的磁极，磁场为带电粒子加压，直到带电粒子释放出虽然狭窄但强度很大的辐射柱，由x射线变成无线电波。假如这些辐射柱到达或经过地球，我们就会探察到它们，其表现形式就是令乔斯琳和休维西迷惑不解的无线电信号。事实上，随着中子星的旋转，这些辐射柱就像灯塔信号一样穿越太空。

自从1967年以来，天文学家已在银河系中发现了超过1400颗脉冲星。如今，哪怕脉冲星并未自接将具磁极辐射柱对准地球，天文学家仍有办法探索到它们的存在，这是因为来自伴星的物质在靠近脉冲星时会变得极其炽热，从而使脉冲星向各个方向发出明亮的X射线，

在迄今为止已经探察到的所有中子星(脉冲星)中，大约有10颗具有特别强烈的磁场，它们因此被命名为“磁星”。磁星的磁场是如此强烈，假如一颗磁星跑到了地球和月球之间一半距离的位置，地球上所有磁卡的信息都会立即消失。天文学家相信，一日磁星的磁场结构突然改变，磁星就会放出极大量的能量。2004年12月27日，曾有极为短暂(仅为几分之一的秒)的伽马射线爆发到达地球，爆发是如此强烈，以至当时人造卫星上的许多仪器同时失灵。要知道，那次大爆发的原头竟然定远在大约50000光年外的一颗磁星。

速度“疯子”

大多数恒星在其一生中，总是以十分“庄严”的步态环绕银心转动，速度不快。所以，当一组天文学家于2005年2月宣布他们发现了银河系中运行速度最快的恒星之后，在整个天文学界都引起不小的震动。在银河系中，这是迄今为止已知的唯一一颗速度快得足以让自己最终逃离银河系、从而孤身踏上奔向黑暗星际空间之旅的恒星。

天文学家是在试图确定银河系的质量时偶然发现这颗高速恒星的。当时，他们正在用射电望远镜观察银河系中一些恒星的运行速度，却突然发现其中一颗恒星正在以大约每秒700千米的速度逃向银河系之外，这一速度比太阳围绕银心转动的速度高出至少两倍。假如一直保持这样的高速，这个速度“疯子”最终就一定能挣脱银河系的束缚。

天文学家相信，位于银河系中心的超级黑洞为这颗恒星施加了巨大的弹力，因为黑洞能够迫使一对彼此环绕的恒星(双星系统)“骨肉”分离，使其中一颗恒星改为环绕黑洞运行，或者被黑洞彻底吞噬，而另一颗恒星则被黑洞赶出银河系。天文学家现在唯一能肯定的是，这个速度“疯子”正在仓皇远离银心。(上图为脉冲星及其伴星)

“恶意”接管

没有哪个星系能够绝对独立地演化。事实上，所有星系都在不停地运动，星系之间的引力常常会导致星系之间发生碰撞。不过，这种碰撞并不一定十分暴烈。在一个星系中，恒星之间或者多星系统之间常常相隔3光年之远，所以，当星系发生碰撞时，各星系中的恒星却很少直接对撞，不过它们的运行轨道还是会发生改变。另一方面，各星系的星际云却会发生碰撞，并且在引力作用下坍缩，从而引发新的恒星诞生潮。

一些天文学家在对银河系的碰撞历史进行研究后指出，在银河系中寻找外星系踪迹的最好办法就是寻找星际“另类”与众邻居运动方向相反、或者与众邻居的化学组成迥异、或者年龄让人很意外的恒星。以这种方法，天文学家已经辨识出了一个明显是被银河系从河外星系“抢”来的“受害者”人马座小椭圆星系。在远高地球的银盘另一边，这个来自河外星系的小椭圆星系中包含看大约3000万颗恒星，其中多数是已到垂暮之年的黄矮星，还有15倍于这些恒星质量的暗物质。这个小椭圆星系正以大约每秒250千米的速度在银盘上运动。

银河系的结构暗示，它曾在遥远的过去遭遇过更大的碰撞与合并。银盘不仅包含一个由不同年龄的恒星组成的薄层，还包含一个其中只有古老恒星的较厚层。一种推测是，银河系在至少100亿年前曾经吞噬过一个其他星系(其大小为银河系的1／10)或多个更小的星系，各犀系之司的引力作用导致银河系中当时已经形成的恒星被推离原来的银盘薄层，从而形成另一个厚层。这种或这些碰撞究竟发生在同时，发生了多少次，现在还无从知道。

不过，看起来银河系在近期已无法消受更多的“外星系大餐—了。目前，银河系中一共有十几个矮星系(小星系)，由于其引力较小，所以它们在未来数十亿年中都只能在原地踏步。伯得担心的足银河系的两个较大的邻居大麦哲伦云和小麦哲伦云的命运，银河系正在从这两团星云中“抢掠”恒星。不过，也许等不创这两团星云与银河系被迫“联姻”的那一天了，因为银河系可能就要和一个更庞大的邻居

仙女座是系碰撞，这也将是银河系有史以来遭遇的最大一次星系合并。

在过去十年中，最令天文学家惊奇的事情恐怕就是连续发现太阳系外的行星了。正是由于这些行星的发现，1995年以前科学家对行星系统的认识几乎被全部推翻。迄今为止，天文学家已经发现了150颗环绕太阳之外的其他恒星的行星，其中一些恒星有2到4颗行星环绕。这些行星都远在太阳系之外，天文学家是如何发现它们的呢?科学家发现，行星的引力会造成其所环绕的恒星微微晃动，通过观测这种晃动，他们就能间接地“发现”(实际上是推测出)行星的行在。

寻找太阳系外其他行星的工作带给科学家一个又一个惊喜。以前，科学家一直以为银河系中其他地方的大多数行星系统都和太阳系在的行星系统类似，即像地球的相对而言比较靠近其母恒星的岩石行星、像木星的距离母恒星稍远的气态大行星，并且这些行星都在近乎圆形的轨道上运行。然而，已经发现的太阳系外的行星中绝大多数的轨道都高度偏离正圆，其中的气态大行星与母恒星的距离时近时远：许多被称为“热木星”的气4颗岩石行星，其中一颗比冥王星还小。

已发现的绝大多数行星，都环绕位于太阳系周围200光年范围内的普通恒星运行。这仅仅是因为附近的行星最容易被发现，这就意味着：假如把银河系看成一个整体，其中一定包含着难计其数的巨量行星。天文学家发现，在他们已经观察过的恒星中，大约10％拥有行星环绕，很可能其他许多恒星也有行星环绕，只不过这些行星还未被发现而已。这样算起来，银河系中的行星数量可能多达至少几十亿颗。

在未来10到20年内，随着射电望远镜技术的发展．天文学家希望能找到像地球那样足够靠近其母恒星的小型岩石行星，这将为估算银河系中还有其他多少个“地球”(也称类地行星)提供线索。此外，或许太阳系并非独一无二，未来可能会发现另一个甚至多个“类太阳系”，其中既有“地球”，也有“木星”，甚至可能存在“外星人”。美国宇航局计划发射“类地行星发现者”探测器，欧洲空间局计划发射包括6座空间观测站的“达尔文”探测器，这两艘探测器都将搜寻外星生物的迹象。或许，就在不久的将来，外星生物或“外星人”就会“现形”。

超级大碰撞

在距离银河系最近的四五十个星系中，只有仙女座星系的大小和银河系旗鼓相当：仙女座远在220万光年之外，但是它无时无刻不在运动，每过1分钟它与银河系之间的距离就缩短大约8000千米。银河系同仙女座正在相互靠近．相对速度为每小时50万千米。照此速度计算，再过30亿年，这两个星系将发生灾难性的超级大碰撞，届时这两个星系都将因这次大碰撞而变得面目全非。

天文学家运用超级计算机模拟了这次碰撞。结果显示，在10亿年左右的时间里，这两个星系将“交会”两三次，两个星系中的许多恒星将被从其原来的位置赶走，两个星系的结构都会被彻底破坏，变得一团糟，两个星系最终合并成为一个形状极不规则的椭圆星系。

到那时，不断变亮的太阳将把地球灼烤成一个地狱。不过，在此之前人类，或许那时人类已经演变成更加高等的智能生物早已逃离地球，移民至诸笼泰星这样的遥远他乡，那时的泰坦星很可能已经变得比现在温暖多了，因而足以支持生物的存在只要太阳系中到那时仍然存在生物，它(他)们都将观赏到仙女座扑来时的无比宏伟壮观的景象。

太阳的最终命运现在还不清楚，届时它可能会飘入星系际空间，或者坠入两个星系合并后狂乱的中心地带，那里的高压气体将引发疯狂的恒星出生大潮，夜空中将新星闪耀，星际大爆炸频频。可以肯定，届时银河系和仙女座的优雅外形将永远不复存在。不必遗憾，谁能保证这次大碰撞之后不会诞生另一种美呢?尽管椭圆满星系远远不如银河系的大旋臂好看，但是椭圆星系中的恒星轨道通常要复杂得多，恒星的运动因此也好看得多，也就是椭圆星系属于“败絮其外、金玉其中”的“内秀”星系，自然也很耐看哦!(压题图为探测泰坦星表面的想象图)

模糊的开始

银河系是如何形成的?这是一个很难回答的问题。银河系中最古卺的恒星已经差不多130亿岁，也就是说它们形成于宇宙在大爆炸中诞生(137亿年)后不到10亿年之时。大爆炸创生了一个极度炽热、密度极大的火球。这个火球逐渐膨胀和冷却，但是它并不均匀，最终在那些密度大的地方形成了我们今天所见的星系。

天文学家对大爆炸后的细节情况还很不清楚。是先形成恒星及星群，然后在引力作用下形成星系?还是年轻宇宙中的气体和尘埃首先形成巨型的结构，后来巨型结构分裂并坍缩成星系．再“分娩”出一颗颗的恒星?

欧洲空间局计划发射一颗名为“盖亚”的人造卫星，旨在为回答上面的问题提供帮助。“盖亚”计划于2010年发射，将“普查”银河系中的10亿颗恒星，探明它们的年龄、位置、距离、速度、轨道和组成，并且其探测精度将是空前之高的。