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银河系形状的探索

200多年前,天王星的发现者威廉·赫歇尔首次尝试通过科学的手段绘制银河系地图。凭借当时有限的观测技术,他将银河系的形状描述为这个样子——

人类正在重新认识银河系,比数十亿年前更加巨大,遭受矮星系撞击

很显然,当时低端的观测设备限制了赫歇尔的发挥。我们今天知道,他绘制的形状非常离谱,目前科学家普遍相信,银河系是一个漩涡状的星系,大概是这样的——

人类正在重新认识银河系,比数十亿年前更加巨大,遭受矮星系撞击

这只是一个大致的形状,科学家绝不会仅仅满足于这么粗略的绘制结果。就像一张地图还会分地形图、交通图、海图等等形式一样,科学家们也希望从各个角度对银河系进行一个最最精细的了解,绘制一张信息量极其丰富的银河系地图。

盖亚卫星

2013年,欧洲航天局的盖亚卫星带着这个使命发射升空,科学家希望通过它对银河系内数十亿颗恒星进行观测和分析,了解它们的距离、温度、质量等基本信息,帮助我们了解银河系的结构和分布。

12月3日,欧洲的科学家们公布了第三代盖亚早期数据,再一次将人类对银河系的了解提升了一个台阶。在一系列发表于《天文学与天体物理学》的论文中,他们介绍了盖亚卫星的一些最新发现。

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这次公布的成果中,盖亚卫星观测了银河系的反银心方向,也就是和银河系中心相反的方向,这个观测有助于科学家们描述银河系的演化历史。除此之外,科学家们还更好地描述了太阳系绕银河系中心的公转轨道、迄今为止关于银河系恒星及其运行的最全面的观测,甚至还对绕银河系公转的卫星星系——大麦哲伦星云进行了研究分析。

欧空局的天文学家Jos de Bruijne自豪地说:“盖亚的最新数据必将成为天文学家的百宝箱。”

第三代盖亚早期数据

目前,盖亚卫星正在位于距离地球150万公里的第二拉格朗日点上运行。在这个位置上,它可以保持和地球完全一致的公转规律。7年以来,盖亚卫星始终在这个状态下进行着对整个银河系的巡天观测,通过不同时间、不同位置观测到恒星的位置变化,来推测其距离和运行规律,这就是所谓的三角视差法。理论上来说,地面上也可以利用这个方法进行观测,100光年内恒星的距离基本都是这样来推测的,但太空中没有了大气的干扰,观测结果更加精准。

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到目前为止,盖亚卫星已经对18亿个恒星源进行了观测和绘制,并且收集到了其中15亿个颜色信息,这些颜色是科学家了解恒星年龄、温度等信息的重要依据。和2018年公布的第二代数据相比,这两个数据分别提升了1亿和2亿。这些观测结果,可以进一步帮助我们理解银河系的运行特点。

这其中,对于反银心方向的观测尤为特别。银河系中心不仅恒星密度非常高,而且还有大量的星际尘埃和气体云,在很大程度上干扰了人类的观测。而反银心方向则没有这种困扰,可以让我们更加清晰地看到银河系边缘的恒星。通过对这里的观测,科学家可以更好地了解我们的银河系在演化过程中曾经受到过的干扰。

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星系的撞击

他们发现,在很久以前,银河系的银盘还没有今天这么巨大。可以看到,在银河系一百多亿年的历史中,曾经多次发生与其他星系的碰撞,这种碰撞使得银河系越来越壮大,而碰撞过程对恒星造成的影响直到今天依然存在。

在对银道面上方的恒星进行观测时,科学家发现它们有向下运动的趋势;反之,那些位于银道面下方的恒星,也在向上方运动。科学家认为,这应该是人马座矮椭球星系在最近几十亿年内反复穿越银河系边缘所导致的。此前根据盖亚卫星第二代数据的分析结果表明,它上一次穿越银河系大约是在3-9亿年前,这个过程中会给银河系带来强烈的扰动,导致银盘的扭曲。

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不过,从第三代数据中科学家们发现了另一种可能:这些恒星的诡异运动现象,或许是来自于两个星系之间的相互作用。在利用观测的数据进行模拟时,科学家们也得到了相同的证据。

不仅如此,在80-100亿年前,一个名叫盖亚-恩克拉多斯香肠的星系也曾经撞上银河系,而盖亚的最新观测结果表明,那些见证过这段历史的银河系最古老恒星,并没有像盖亚-恩克拉多斯香肠星系的恒星一样延伸出去。

这也不是最后一个要和银河系合并的星系,在银河系周围还有两个卫星星系——大小麦哲伦星云,在彼此围绕的同时,也正在一点点靠近银河系,并且最终将会撞入银河系中。

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而通过盖亚卫星的数据,科学家们在这两个矮星系之间发现了一个叫做麦哲伦桥的恒星流,这是从小麦哲伦星云中被扯出来的恒星群,它们正在向大麦哲伦星云方向移动。与此同时,他们还在大麦哲伦星云内部发现了螺旋结构,并且在两个星系外围发现了以前从未见过的潜在神秘结构。

更多的发现

另外,太阳系在银河系内的运动模式,也得到了修正。通过对遥远星系运动的观测,科学家们可以计算出太阳系在银河系静止参考系内的运行规律,这也是人类第一次计算出太阳系在银河系内运行的曲率。

当然,盖亚卫星也没有忘记自己的“老本行”,对太阳系周围100秒差距(326光年)范围内的恒星进行普查。这次普查一共包含了331312颗恒星,科学家推测,这是这个范围内恒星总数的92%,这样的普查也给科学家们提供了非常丰富的天文数据。

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目前,第三代盖亚早期数据也只完成了一部分的收集,最终数据将会在2022年完成,并且盖亚卫星也会在届时退役。在盖亚卫星的帮助下,我们认识了一个全新的银河系。即便如此,我们对于银河系仍然还有太多的未知。随着人类观测技术的不断提升,也许在未来的某一天,我们将会刷新认知,甚至发现今天以为的一些科学成果,会被推倒重来……

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