首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

银河星波荡漾

来源:光明网2018-07-25 10:09

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

    银河星波荡漾

    银河系是宇宙中人类赖以生存的家园星系,更是承载了千亿颗“太阳”(恒星)生死轮回的大舞台。随着科学技术的不断进步和天文仪器的日益强大,天文学家在认识银河系大小、描摹银河系画像的道路上不断推陈出新,一次次改变着人类对于银河系的认知,驱动着我们推开银河系“大门”的好奇心。

    让我们跟随天文学家走进去,看看银河系的家庭成员——千亿颗“太阳”每时每刻进行着怎样的运动?上演着怎样的精彩节目?

银河星波荡漾

    图1:LAMOST望远镜与银河 摄影:陈颖为

    银河里的千亿颗太阳

    银河系在宇宙空间中一边旋转一边飞驰,像一个巨大的飞盘,沿着一条复杂而奇妙的路线在太空运转着。银河系里的上千亿颗恒星由于受到足够的引力围绕银心做公转运动,同时却并不安分地在一定范围内做随机运动,离开队伍四处“溜达”的情况时有发生。这些盘面上恒星的不安分随机运动,帮助天文学家认识到银盘既不光滑也不对称。

    银河系里的恒星有的如太阳一样霸气“独行”;有的则成双入对或三五成群结伴而行;亦或是成百上千颗恒星组成小集团群舞。在银河系将近一百四十亿年的生命史册中,千亿颗恒星生生死死,上演了无数次的悲欢大戏,每一颗恒星都在其有限的生命时空里尽情绽放。

    银河系分家

    银河系就像一个住满星星的“社区”,为了方便对它们开展“人口普查”,我们可以根据离银河系中心远近将银河系家园划分为一区、二区、三区。如图2所示,显然我们的太阳属于银河系一区的恒星成员。

    然而,由于望远镜的局限性,天文学家对银盘上恒星运动的跟踪和探索目前只局限于太阳邻域附近的一区地盘内,探究远离太阳系外盘的二区、三区的恒星成员都在跳着怎样的“舞蹈”,则是天文学家需要往前迈进的一步。

银河星波荡漾

    图2:银河系分区示意图

    LAMOST千里眼窥星波

    LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜的英文简称)是我国科学家自主创新研制的光学天文望远镜,位于河北兴隆,目前已获取1000万余条光谱数据,成为世界上最大的具有传承价值的恒星光谱数据库,为天文学家研究银河系形成、结构与演化以及河外天体星系等前沿领域提供了极佳的资源。

    借着这双“火眼金睛”,近期国家天文台王海峰博士、邓李才研究员等人与美国、西班牙的国际合作者一起利用LAMOST数据首次揭示了银河系二区的恒星运动分布特征。他们成功获取了在银河系一区、二区的范围内恒星在盘面上的水平运动、绕银心的旋转运动以及垂直银盘的上下运动特征(三维速度)。

    如图3所示,首先清晰可见的是,银河系一区、二区内大范围的恒星在银盘水平方向上的运动速度呈现波浪型震荡,在距离银心较近的区域和较远的区域上速度呈现交替运行的特征,如同水波一样间隔性运动。同时在二区范围内的银盘北边还存在一个 “小团队”在水平方向上远离银心“跑步”(也称为速度子结构),就意味着这个小团队的恒星正在远离我们游走。

银河星波荡漾

 

    图3:水平运动示意图 绘图:charcoal

    此外,一区、二区内的恒星旋转速度呈现阶梯状分布。在接近3万光年的区域,银盘上面的恒星成员比盘下面的恒星转动得更快,而在3万光年以外,盘下面恒星成员比盘上面恒星成员转动得更快。就像盘面上下的星星们在较劲赛跑一样。(如图4)

银河星波荡漾

    图4:旋转运动示意图 绘图:charcoal

    如果我们继续观察恒星们的上下运动,就会发现太阳位置以内的一区恒星成员都在朝向盘面前进,也就是说北边的恒星队伍和南边的恒星队伍相向而行,仿佛太阳在召唤同伴们集合了一样。然而在太阳位置之外的二区恒星队伍却表现的异常团结,一个个都在整齐划一的向上运动。

银河星波荡漾

    图5: 上下运动示意图 绘图:charcoal

    “秋风萧瑟,洪波涌起。日月之行,若出其中。星汉灿烂,若出其里。” 正如曹操《观沧海》中所言,水天如出一辙,没想到银河里的千亿颗“太阳”也如海水般连绵起伏,星波荡漾。

    推波助澜的幕后猜想

    一石激起千层浪,那么激起这千亿颗“太阳”如此波动的“石”会是什么呢?

    天文学家分析认为银盘面上恒星运动似乎不太可能是由周围的“邻居”和银河系相互作用引起的,也不太可能是银河系旋臂的作用。天文学家推测这些非对称的运动很有可能是由银河系外盘的弯曲结构引起,亦或是银河系里弥漫的不发光物质相互作用导致的。

    看到更远处

    在此之前,由于望远镜观测到的星星数量相对较少,不能很好地普查银河系的二区地盘,也没有较为准确的自行数据库协助,因此天文学家对银河系恒星运动的了解最远只到太阳以外4000光年左右的位置。

    作为LAMOST的强劲外援,Gaia(盖亚卫星),是欧洲太空局发射的空间望远镜,主要负责对银河系全天进行“人口普查”。而王海峰等人借助LAMOST的光谱数据在Gaia望远镜的第二批数据来临之前,占领科学先机,首次探索了更遥远的地方,看到了太阳位置之外16000光年处银河系恒星成员的舞动特点。

    在未来的数年内,有LAMOST与Gaia两大利器的辅佐,天文学家将如添双翼,逐步探清银河系的每一方寸土,带着我们的视线飞向宇宙更深处……

    作者简介:王海峰,2013-2018年硕博连读毕业于国家天文台,指导老师为刘超、邓李才研究员。即将成为西华师范大学天文系成员、中科院天文大科学中心LAMOST 特聘青年研究员。研究方向:银河系化学动力学结构、天文统计学。

    李双,中国科学院国家天文台工程师,LAMOST运行和发展中心宣传主管。

    致谢:本文作者感谢赵永恒研究员和王丹副研究员对文章提出的宝贵意见。

    文字编辑:李海宁

    美编:彼得堡

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 西藏和平解放75周年丨“天路”纵横 畅行高原

  • 浙江湖州开展国际生物多样性日主题活动

独家策划

推荐阅读
中国科学技术大学何俊峰教授研究组与南方科技大学薛其坤院士、陈卓昱副教授研究组合作,在新型镍基高温超导的机理研究中取得重大突破。
2026-05-22 10:19
近年来,生产环节的技术革新,推动缝纫线产业转型向着上游拓展。
2026-05-22 10:19
在系列政策牵引下,学科专业动态调整正日趋常态化、精细化与特色化。
2026-05-22 10:14
“十五五”时期,如何推动我国生物多样性保护迈上新台阶?应着力在以下方面下功夫。
2026-05-22 10:13
当AI把数小时的工作压缩到转瞬之间,一个核心问题不得不让人思考:AI时代,未来教育最该培养学生什么能力?
2026-05-22 10:11
2026年亚太经合组织(APEC)贸易部长会议将于5月22日至23日在江苏省苏州市举办。苏州高新区镇湖绣娘姚琴华、岳琰创作的苏绣作品《朱荷图》《太湖一梦入姑苏》也一同展出。一根丝,在绣娘手中可以绣出江南山水;在现代工厂里,也可以进入高端面料、工业材料、绿色纤维和全球供应链。
2026-05-21 09:35
残障群体对无障碍环境建设最为敏感、利益最为攸关,但其话语权也相对较弱。不断完善相关法律体系,以充分保障残障群体在无障碍环境建设中各项权利。
2026-05-21 09:33
光,是宇宙中最神秘而又最常见的存在。从彩虹与翅膀的启示,到光子晶体与超材料的设计,人类在光学材料上的探索不断深化,实现了从“理解自然之光”向“设计与驾驭光”的飞跃。
2026-05-21 09:31
全球气候变化加剧,干旱灾害频发,正威胁世界粮食安全。
2026-05-21 09:30
2026年5月21日至23日,中国科学技术馆在河南省科学技术馆举办“全国科学家故事馆校众创展演活动”。
2026-05-21 09:27
近日,中国工程院院士、西安电子科技大学教授段宝岩率领团队自主研制的一对多动目标微波无线传能地面验证系统取得重大突破,在百米级距离实现了千瓦级的直流输出功率,直流—直流传输效率达到20.8%,波束收集效率高达88.0%。
2026-05-20 09:42
5月18日,随着“雪龙2”号凯旋,中国第42次南极考察圆满落下帷幕。
2026-05-20 09:37
逛一座馆,见证玻璃工业百年变迁。参观工业博物馆,一件件展品记录的是中国制造的发展史,是从落后到并跑、领跑的奋斗史。让我们以工业博物馆为支点,撬动工业旅游这个大市场,以工业文化涵养制造强国建设。
2026-05-20 09:34
近日,中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称天津工生所)糖生物合成与绿色制造攻关团队的研究成果被期刊接收。
2026-05-20 09:27
天津市河西区陈塘庄街道社区的医生向我们反馈,预警模式实现了高危人群的精准干预,社区脑卒中发病率与复发率明显下降。
2026-05-20 09:16
“雪龙2”号极地科考破冰船18日抵达上海,这标志着中国第42次南极考察圆满结束。
2026-05-19 09:54
5月18日,中国第42次南极考察圆满结束。中山大学共有4名老师参与本次任务——大气科学学院教授韩博,遥感科学与技术学院副教授梁琦、叶玉芳、王绍银。
2026-05-19 09:53
“琅琊”海洋大模型现已在国家海洋环境预报中心部署测试运行,实现实景应用。这意味着,这个从青岛走出的AI模型,开始真正为国家海洋预报工作贡献力量。
2026-05-19 09:52
打破传统学科分立格局,发挥工科见长优势,以工程需求催生基础研究、以基础研究赋能工科升级。
2026-05-19 09:50
如今,人工智能正在深刻改变着各行各业。多所大学已将人工智能通识课纳入培养方案,面向全体学生开课
2026-05-19 09:49
加载更多