#星系#为什么漩涡星系的旋臂不会发生缠绕？看看天文学家怎么说
想一想你在夜空中见过的最壮观物体 。当然 ， 有大量目标可供选择 ， 包括即将消亡的恒星 ， 超新星残骸 ， 孕育恒星的星云以及新旧星团 ， 但没有什么能够和漩涡星系的壮丽相比较 。这些“宇宙岛屿”中存在着数以亿计的恒星 ， 向我们展示着它们独一无二的构造 。你要知道 ， 对于这一个结构 ， 如果你认真想想 ， 那是令人费解的 ， 正如我们的提问者格雷格?罗杰斯所做的一样:
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图源：欧洲航天局/哈勃和美国航天局
关于漩涡星系 ， 有一件令我困扰的事就是 ， 我们只能看见旋臂绕起来大约一半左右 。因为外围绕着核心旋转地更慢一些 ， 我希望我们能观察到一些旋臂围绕着核心绕了很多次——有很多螺旋的漩涡星系 。难道是因为宇宙还不够古老 ， 还不足以形成旋臂多层的漩涡星系？
你可以去观察任意数量地漩涡星系 ， 它们都具有有相同的表观构造 。
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画廊：来自梅西耶·卡特罗格的七份令人称奇而经典的漩涡星系图
星系核会放射出任意数量的旋臂——通常是两到四个——它们绕着星系呈螺旋状向外延伸 。我们在二十世纪七十年代最神奇的发现之一就是 ， 恒星以轨道运转速度绕星系中心向外延伸时 ， 它们的移动并不会变缓 ， 这与我们过去对行星绕恒星运转其速度会减缓的认知不符 。相反 ， 恒星运转速度会保持恒定 ， 也就是说星系自转曲线是不变的 。
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图片致谢：维基共享用户斯特凡尼亚·德卢卡
我们通过观察边缘螺旋 ， 以及单个恒星相对于它们到各自星系中心的红移或蓝移来测量 。但即使单个恒星的运转速率大致不变 ， 一颗恒星到星系中心的距离是另一颗的两倍 ， 它的绕行时间即为另一颗的两倍 ， 那么一颗距离星系中心是另一颗十倍远的恒星的绕行时间就是另一颗的十倍 。
考虑到是这种情况 ， 我们可以做一点数学计算：对于一个像银河系这样的星系 ， 基于太阳和其他恒星的移动速度 ， 太阳需要约2.2亿年形成绕银河系的单一轨道 。我们距银河系中心约为2.6万光年 ， 要略少于到银河系边缘距离的一半 。这意味着对于像我们这样有1~120亿年的历史星系来说：外围恒星应该只绕银河系中心运行了25周；与太阳处于相同位置的恒星应该运行了近似54周；而位于星系中心一万光年内的恒星应该已经运行超过100周 。换句话说 ， 根据以下视频所展示 ， 我们推测星系会随着时间的推移而“结束” 。
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图源：欧洲航天局
但根据星系图显示 ， 漩涡星系并不会有环绕数十次的旋臂；在大多数情况下 ， 旋臂甚至没有一次完整的环绕！我们第一次明白漩涡星系的这一属性时 ， 意味着有一件事是肯定的：这些旋臂仅是一种视觉效应 ， 并非真实存在 。毫无疑问这是正确的 ， 无论是单独存在的星系还是多重星系系统 。如果我们仔细观察 ， 就会发现这些星系还提供了另一个线索 。
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图源：欧洲南方天文台 ， 使用带有EFOSC仪器的3.58米的新技术望远镜在智利的拉西亚天文台拍摄 。
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