| 銀河系“手臂”長度曾經只能推算
銀河系是人類居住的星系,從側面看,外形非常像一個中間厚、邊緣薄扁平的盤狀鐵餅,而如果從上方俯瞰銀河系,非常類似氣象衛星拍到的漩渦狀龍卷風。鄭興武告訴記者:通過觀測可以發現,銀河系會從漩渦中心向外依逆時針方向延伸出四條“手臂”,天文學上將它們稱為“銀河系旋臂”。目前,觀測到的銀河旋臂共有4條,分別以人馬座旋臂、獵戶座旋臂、英仙座旋臂和外部旋臂命名,其中“英仙臂”是距離地球最近的一條。
銀河系是一個不停旋轉的盤子狀天體的猜想,是1755年德國大哲學家康德在他的論文裡提出的,由此也引發了人類探索銀河系奧秘的旅程。但是,由於銀河平面上有大量的塵埃遮擋,此前的科學家即使使用世界上最大的光學望遠鏡,也無法測量出幾千光年以外天體的距離,而只能是推算。
直接測量顛覆人為假設
科學家們在1976年開始計劃通過建立虛擬模型來研究銀河系,在推算過程中引入不確定的假設。30年來,現代天體物理的發展越來越感到,這些假設有可能並不正確或部分不正確。鄭興武向記者介紹:“我們採用的方法,不建立在任何模型基礎上,沒有任何人為的、不確定的假設。”
測算誤差不到2.1%
此前,科學家得出的“英仙臂”長度數據有諸多版本,有的認為是6000多光年,有的說是1萬多光年,但始終沒有一個精確的數據。鄭興武說,這次之所有突破性發現,是將“三角視差法”和射電望遠鏡組合起來,這種組合實現了人類第一次對“英仙臂”的精確測量───太陽系到銀河系最近的距離為6370光年,誤差不到2.1%。
中國科學院天文學家李競說:“三角視差方法、射電望遠鏡在天文研究中都不是新方法,可最為難能可貴的是將兩者結合起來,創出了一套全新的觀測方法,得到了精確到個位數的距離數據。在有了精確的數據定量認識後,就能加快人們認識銀河系的腳步,來認識宇宙,認識我們的家園。”
解讀
北京科技報:一直以來,科學家們都通過虛擬模型推算銀河系相關數據,而這次為何能摒棄以前的測算模式?
鄭心武(南京大學天文系教授):採用“三角視差法”通俗地說,就好像三角函數的計算,利用地球繞太陽公轉,在一年四季地球不同的位置觀測同一個天體而得到不同方向的夾角計算天體的距離,同時也可以得到天體的速度。也就是說,同一個天體的方位每隔半年(地球圍繞太陽旋轉半周)會產生變化,根據這個微小角度可以算出恆星的距離。
北京科技報:新方法是將“三角視差法”和射電望遠鏡結合起來,採用射電望遠鏡有何特別之處嗎?
鄭心武:觀測中,我們使用了射電望遠鏡,它接收的是來自天體的無線電波,即類似於我們日常收音機接收的電磁輻射。為什麼要採用射電望遠鏡?那是因為這種電波的輻射很少被塵埃吸收,因此天文學家總是用這種射電望遠鏡來看銀河系平面上被塵埃遮擋得嚴嚴實實的天體。另外要觀測那些遠的暗的天體,就要增加望遠鏡的口徑。打個比方,攝影記者想拍遠距離運動員的照片就要在照相機上加上大口徑的鏡頭。同樣在天文裡為了增加望遠鏡的“瞳孔”,用一架望遠鏡不夠,可以用多架分得很開的望遠鏡組合起來。我們用的就是由10個口徑為25米的望遠鏡組成,其中最遠的兩個望遠鏡距離約有8000公裡的綜合望遠鏡。它的分辨率可以在1萬公裡遠的地方分辨兩個相距5厘米的小球。
北京科技報:據悉,此次研究長達兩年,什麼是這次重大發現的關鍵因素?
鄭心武:我們從2003年7月至2004年7月間,在選定了英仙臂中的一個分子,5次觀測到它離地球的宇宙微波激射後,在長達1年多的時間裡,每天除了吃飯、睡覺,就是在電腦跟前進行大量的數據資料處理、測算。如果說處理數據資料僅僅是枯燥、繁雜的話,那麼在研究中最令人頭疼的就是大氣的抖動,因為大氣抖動對天體的距離測定有致命的影響,在每次觀測前後我們都要測出大氣的影響,並加以扣除,這耗費了大量的精力。
北京科技報:精確測量出離地球最近的“英仙臂”的距離後,是否很快就能揭開銀河系謎團,得出其大小的準確數字?
鄭心武:是的,我們下一步就是和國際工作小組繼續合作,測量其他旋臂的距離,測得這些旋臂的距離和速度後,就能建立銀河系旋臂的結構。我想,再經過5年的努力,正確的銀河系的大小和結構就可能呈現在我們的面前了。但我講的是“可能”,科學研究是一種探索,是一種創新,任何研究都不能打包票一定成功,我們會夜以繼日地加緊工作的。
名詞解釋
銀河旋臂
從上方俯瞰銀河系平面,它更像是一只巨大的“八爪魚”。因為銀河系中的恆星並不是均勻分布的,各種星際物質形成的星雲、開放星團、新星等集合在一起,看上去就像是從銀河系中心向外依逆時針方向延伸出的多條“手臂”,天文學上將它們稱為“銀河旋臂”。目前,天文學家們觀測到的銀河旋臂共有4條,主要以位於旋臂中的星座來命名。太陽系坐落在較短的獵戶座旋臂上,位於英仙座旋臂和人馬座旋臂之間。旋臂是銀河系裡新的恆星誕生的搖籃。事實上,銀河系每年都會有約10顆新恆星生成,每100年至少會有一顆星老化。新生的星就出現在銀河的旋臂上。
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