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銀河系究竟長啥樣?17年探索揭面紗

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  睡前聊一會兒,夢中有世界。聽眾朋友,你好。燦爛星空、浩瀚銀河,總是帶給人們無限遐想。但是銀河系究竟長啥樣,卻是一道未解之謎。不久前,中外科學家團隊歷經17年科研攻關,繪制出了迄今為止最精確的銀河結構圖,讓這一問題得到了破解。今晚,我們就來聊一聊這個話題。


  

  據這項發表在《科學美國人》雜志上的最新研究成果表明,中美德三國天文學家領導的國際團隊,利用“甚長基線幹涉技術”,精確測量了位於銀盤上近200個大質量恒星形成區,繪制出尺度約為10萬光年見方的銀河系結構圖,清晰展示了銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。當銀河系以精確的結構圖呈現在世人面前,科學進步不僅揭開了我們所居住星系的神秘面紗,也拓展了人類認知的邊界。


  早在1785年,英國著名天文學家赫歇爾就通過恒星記數的方法,第一次提出銀河系是一個由億萬顆恒星組成的扁平系統。但受制於距離遙遠和觀測困難,這個扁平的恒星系統的內部結構一直沒有人能弄清楚。直到21世紀初,美國德國中國的天文學家主導成立了由8個國家22位天文學家參加的“銀河系棒和旋臂結構遺珍巡天”重大科學計劃。通過十多年的觀測和大量數據處理,最終得到了銀河系旋臂的結構、太陽系的位置以及太陽系繞銀河系中心旋轉的速度。這一重大成果為研究銀河系乃至星系的形成提供了重要觀測依據。


  

  銀河系結構圖:利用多台射電望遠鏡,天文學家對銀河系進行了數千小時的觀測,測量了一些天體結構之間的距離。下圖是有史以來最好的銀河系結構鳥瞰圖。數據展示了圍繞銀河系中心的四個主要的旋臂結構。我們的太陽(天文學家將其視為四象限測繪坐標的中心)會圍繞銀河系運轉,環繞一周大概需要2.12億年。靠近太陽軌道的地方,有一條較小的旋臂(藍色)。未來,使用南半球上的射電望遠鏡開展的研究可能會揭示出第四象限中大部分目前未直接觀測到的其他結構。| 制圖:埃琳娜·哈特利(Elena Hartley)


  事實上,科學家繪制出迄今最精確銀河系結構圖,不僅是天文研究的重大突破,也是人類認識宇宙的重大突破。從中國先民仰觀俯察提出“天圓地方說”,到古希臘數學家畢達哥拉斯提出大地是球體這一概念,從15世紀哥白尼提出的“日心說”帶來思想變革,到近代天體物理研究突破太陽系,抵達更為遙遠的宇宙深處,人類對宇宙的探索從未停止。在這個過程中,人類不斷突破既有知識瓶頸,提高改造和利用自然的能力,重塑著人與宇宙的關系。正因如此,此次繪制出銀河系結構圖,被不少人視為“人類繼認識地球和太陽系後,跨入我們居住的巨大銀河系的關鍵一步”。

  這些進步的取得,建立在一代代人的努力之上,是一個漫長而艱巨的過程。“裝備”的先進與否,很大程度上決定了天文學的發展和成就。就拿這次中外科學家采用的“甚長基線幹涉測量”技術來說,這種射電天文學測量方法,需要用多個射電望遠鏡同時觀測一個天體,從而模擬成為一個大小相當於望遠鏡間最大間隔距離的巨型望遠鏡,倘若沒有各國的通力合作,也是很難做到的。再如去年“首張黑洞照片”引發廣泛關注,從西班牙到南美,從夏威夷南極,正是全球200多位科學人員合作,將8個天文台的射電望遠鏡聯合起來,才實現了對黑洞的觀測。可以說,我們向著宇宙探索的每一步,都集中體現了人類的智慧,也展現了人類的團結。
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