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银河系图画 银河系组成结构图( 三 )


在理想情况下，天文学家要绘制旋臂结构图应该观测年轻的大质量恒星 。这些短寿命的恒星通常与旋臂内剧烈的恒星形成过程有关，并且此类恒星温度很高，它们可以电离周围的气体，使其发出蓝光，因此在理论上，这些恒星在可见光波段可以作为观测星系旋臂的灯塔 。
但是，由于这些恒星被银河系的尘埃盘所包围，我们无法轻易地在整个银河系中观测到此类恒星 。幸运的是，这些炽热恒星电离区域外的水分子和甲醇分子可以作为非常明亮的射电源，因为它们会发射出大量的几乎没有被银河尘埃衰减的天然“脉泽”（maser） 。脉泽一词为“受激辐射的微波放大”（microwave amplification by stimulated emission of radiation）的首字母缩写，也就是说，脉泽其实就是处于射电波段的激光 。在天体物理环境中，脉泽辐射来自质量与木星相当的太阳系尺度的气体云 。脉泽源在射电图像中表现为非常明亮的点源 。因此，脉泽源是三角视差测量的理想目标 。
银河系新图景
通过BeSSeL项目和VERA项目，天文学家已经使用三角视差法测量了约200个年轻炽热恒星的距离 。这些数据横跨银河系，大约覆盖了银河系三分之一的区域，并揭示了四条很长的旋臂 。
由此绘制而成的“银河系图”还显示，太阳非常接近银河系的第五条旋臂，这似乎是一段孤立的旋臂，被称为“本地臂” 。此前，该段旋臂被称为“猎户臂刺”或“本地臂刺”，也就是说，这条旋臂类似于从其他星系的主旋臂伸出的小型附属结构 。但是，对这种“臂刺”的解释可能是错误的 。在我们BeSSeL的数据中，这条旋臂是孤立的，绕着银河系旋转了不到四分之一圈 。虽然本地臂的长度较短，但在这条臂中，恒星形成率可与同样长度的英仙臂段相当 。有趣的是，天文学家曾认为英仙臂是银河系的两条主旋臂之一（另一条是盾牌-半人马臂） 。但是，我们发现随着英仙臂远离太阳，朝着银河系内延伸时，恒星的形成率显著减少 。这表明对于外部观测者而言，英仙臂似乎并不是一条非常明显的旋臂 。
通过绘制大量年轻恒星的三维位置，并对它们的运动速度进行测量建模，我们可以推算出银河系的基本参数 。我们发现，太阳到银河系中心的距离为8150±150秒差距（即26600光年） 。这比几十年前国际天文联合会建议的8500秒差距的值要小 。此外，我们发现银河系在太阳位置处以236千米/秒的速度旋转，这大约是地球绕太阳旋转速度的8倍 。根据这些参数值，我们发现太阳绕银河系旋转一圈需要大约2.12亿年 。这也意味着，上一次我们的太阳系处在银河系现在的位置时，恐龙仍在地球上漫步 。
处于太阳位置之内的银河系内盘非常薄，几乎是一个平坦的平面 。但太阳相对于该平面的垂向高度一直存在争议 。最近，一些天文学家测得太阳比内盘面高25秒差距（82光年），但我们的测量值与这一估值有较大的不同 。通过拟合具有精确距离和位置的大质量恒星所处的平面，我们可确定太阳仅比该平面高约6秒差距（20光年） 。这一高度仅为太阳到银河系中心距离的0.07%，这意味着太阳非常靠近银盘的中平面 。我们还证实了前人观测到的银河系翘曲，即银河系外盘面逐渐偏离内盘面，在北侧开始向上弯曲，而在南侧向下弯曲，有点像弯曲的土豆片 。
为了便于描述观测结果，天文学家通常将银河系划分为以太阳为中心的四个象限 。使用这种坐标，我们在前三个象限中都找到了旋臂 。为了绘制第四象限的图，则需要处于南半球的观测设备 。我们正在开展南半球的观测项目，计划使用澳大利亚和新西兰的望远镜进行观测 。
在等待这些观测结果的同时，我们可以先用来自原子氢和一氧化碳的观测信息，将已知旋臂外推到第四象限 。这些观测揭示的旋臂结构与先前理论上猜想的矩尺-外臂（Norma-Outer）、盾牌-半人马臂（Scutum-Centaurus-Outer-Scutum-Centaurus）、人马-船底臂（Sagittarius-Carina）、英仙臂（Perseus）的结构相吻合 。不过需要注意的是，我们对远离银河系中心的恒星形成区域只做过一次观测 。我们观测到的这个区域的距离，再结合它在一氧化碳的银经-速度图中的位置，让我们对如何在“地图”上连接银河系另一端的旋臂有了一定的信心 。
但是，我们需要更多的观测来验证我们的模型 。现在，我们对自己的银河家园有了更清晰的了解 。我们可能生活在一个四旋臂的旋涡星系中，它具有一个明亮且对称的中心棒 。我们的太阳几乎完全位于银盘中平面上，但太阳远离银河系中心，大约在银河半径的三分之二处 。除了几乎可以环绕银河系一周的旋臂之外，银河系还有至少一个额外的旋臂段（本地臂），并且各主要旋臂都可能有许多分叉 。这些旋臂特征使我们的银河系显得相当正常，但肯定不是典型的 。大约三分之二的旋涡星系都有中心棒结构，因此银河系属于占旋涡星系绝大多数的棒旋星系 。然而，银河系拥有四条清晰、明确且相当对称的旋臂，这使得银河系显得比较独特，因为大多数旋涡星系的旋臂都少得多，并且旋臂也比较凌乱 。


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