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

  • 广州:保障“高铁进城”施工安全

  • 颐和园十七孔桥现“金光穿洞”美景

独家策划

推荐阅读
12月17日,《自然》发布2025年值得关注的七大暖心科学故事,从基因编辑的多项突破,到传染病的快速防控,再到政策层面的重大胜利,都让人们为这一年感到高兴。
2025-12-22 09:57
记者21日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员李先锋团队在溴基多电子转移液流电池新体系研究方面取得新进展。
2025-12-22 09:56
微波加热,是维持“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)上亿摄氏度高温的核心技术之一。
2025-12-22 09:52
12月19日,《科学》在线发表了这项由中国科学家领衔的重要研究成果。
2025-12-22 09:50
记者了解到,作为农业科技“国家队”,近年来,该院依托西部中心,组建了高品质棉花生产模式、作物生物安全与防控等16支创新团队,把百余项技术成果转化运用到新疆这片热土。
2025-12-22 02:45
由我国多家研发单位联合完成的两项降糖减重药物Ⅲ期临床研究成果,北京时间18日在线发表于国际科学顶级学术期刊《自然》(《Nature》)。
2025-12-19 09:51
一个国际团队12月17日发表于《自然》的研究显示,70岁以上人群中,近1/10患有阿尔茨海默病。
2025-12-19 09:51
近日,“大国重器”中国天眼(FAST)又传来好消息。截至2025年11月5日,它已发现脉冲星1170颗,远超同期其他望远镜发现总数。
2025-12-19 09:48
国家自然科学基金重大非共识项目日前正式启动试点,首批遴选出3项建议资助项目,支持科研人员在国际科技竞争“无人区”开辟研究方向。
2025-12-19 09:47
《物理世界》日前公布“2025年度十大科学突破”榜单,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心张广宇团队主导的“首例二维金属制备”成果成功入选。
2025-12-19 09:45
中国科学技术大学教授潘建伟、张强等组成的研究团队与济南量子技术研究院、中国科学院半导体研究所等单位合作,通过混合集成分布式反馈激光器与薄膜铌酸锂光子芯片,成功实现了电泵浦片上集成的高亮度偏振量子纠缠光源,向集成化量子信息处理迈出重要一步。
2025-12-18 10:02
肺鱼,一种可以“绝境求生”的神奇生物,部分种类能在缺水时躲入泥中使用肺呼吸,直到雨季才复苏。借助高精度CT扫描与三维重建技术,乔妥、崔心东与团队其他成员对云南古嵴鱼展开了细致的关键形态特征观察。
2025-12-18 10:00
气温下降容易影响呼吸系统和循环系统。
2025-12-18 09:59
在这些应用成果中,人工智能大模型赋予机器人“大脑”,具身智能赋予机器人“小脑”与“四肢”,让它们学会像人一样思考和行动。蒸汽机延伸了人类的体能,计算机延伸了人类的智能,具身智能意味着一个“人机共生”的新纪元——机器人不再是冷冰冰的机器,而是生产生活中的得力伙伴。
2025-12-18 09:50
其中,“泛在操作系统”“高性能制造”“深部固体资源流态化开采”“超级微创手术”4项体系化新名词,均为我国科学家率先提出。超级微创手术经由自然腔道、隧道、穿刺通道、多腔隙通道,构建起覆盖全器官系统的技术体系。
2025-12-18 09:49
当晨曦穿透亚马孙雨林的薄雾,一组由废旧手机改装的声学传感器正竖起“耳朵”,人工智能(AI)模型在毫秒间分辨出三公里外链锯切割树干的异常声响。这一由AI编织的生态防护网络,正以超越人类感知的速度与精度,重构全球生态环境保护的技术版图。
2025-12-18 09:46
近期,一款名为重力眼罩的产品在各大电商平台迅速走红,成为众多消费者追捧的“助眠神器”。在首都医科大学附属北京世纪坛医院眼科主任医师解晓斌看来,商家宣传的“精准按压穴位”大多是营销话术,重力眼罩的助眠原理并非穴位按压。
2025-12-17 09:45
我1999年从海外回国,26年来,有两个梦日夜萦绕在脑海:一是作为一名物理学者征服世界级难题的“量子梦”,二是作为高等教育工作者为祖国培养一流人才、抢占科技高地的“强国梦”。
2025-12-17 09:40
2022年,我全职加入清华大学,建立求真书院,立志在中国本土培养更多数学人才。 展望“十五五”,国际形势风云激荡,我们要以高瞻远瞩的战略定力,在中国本土培育一批有能力、有魄力、敢于挑战前沿的年轻领军学者。
2025-12-17 09:39
《2022版中国科普期刊概览与目录》为科普成果认定提供了统一标尺。
2025-12-17 09:43
加载更多