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 高爽,德國海德堡大學(xué)自然科學(xué)博士。中國科學(xué)院國家天文臺LAMOST博士后,北京師范大學(xué)講師。主要研究方向是銀河系結(jié)構(gòu)和演化。面對星空,會讓我感到平靜和愉悅。同時(shí)兼顧科研工作和科普宣傳,發(fā)表系列科普文章,主講過十幾次科普講座。始終堅(jiān)信,天文學(xué)吸引人不僅因?yàn)樗衩?,而?yīng)該用通俗易懂的方式拉近人與科學(xué)的距離,使大眾感受到宇宙的美。熱愛文藝,喜歡旅游和攝影,寫寫博客和散文,打非洲鼓,聽音樂劇,烹調(diào)美食,這些都是日常的最愛。自認(rèn)為科學(xué)工作者不必須是厚瓶子底眼鏡+陳景潤風(fēng)格,也可以是有審美的小清新。

銀河系那些事兒(5)感動的尺度

高爽
2014年08月07日
(發(fā)表于《天文愛好者》2013年7月)
我們對銀河系的認(rèn)識還很粗糙。我們對銀河系的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的知識,還停留在觀察+總結(jié)的基本層面。我們已經(jīng)了解了一個(gè)大體上不太錯(cuò)的畫面,但對其中大量的細(xì)節(jié)還沒有十足的把握。
銀河系作為一個(gè)正常的旋渦星系,它所處的宇宙空間,不是孤獨(dú)寂寥的。銀河系和仙女座大星系M31共同成為一大大星系群的核心,除了這兩個(gè)核心,這個(gè)星系群還有著超過50個(gè)小星系圍繞著它們。在這個(gè)星系群的大家庭里,銀河系加上M31的質(zhì)量,已經(jīng)占到了星系群總質(zhì)量的絕大部分。這些較小的星系,有些是不規(guī)則的,有些是旋渦星系,有些是橢圓星系,最多的是矮橢球星系——也就是我們在上一篇中講到的形成銀河系星流的星系。本星系群的尺寸和密集程度,如果我們按照比例縮小的話,就相當(dāng)于在中學(xué)的操場上開著兩輛載重大卡車,期間還有50多輛自行車穿梭在大卡車周圍。這樣的密集程度,在宇宙空間中已經(jīng)算得上的稠密的場面。所以星系和星系之間更容易相互碰撞。碰撞的過程讓星系的形態(tài)和演化過程都有很大的變化。有些星系相互合并了,而有些在空間中拉拽出漂亮的弧線。
對比銀河系內(nèi)部的恒星之間的距離我們不難發(fā)現(xiàn),星系群中星系之間的距離只是星系自身尺寸的幾十倍。而恒星之間的距離比恒星自身尺度大得多得多。所以恒星之間相互碰撞的現(xiàn)象極難發(fā)生。銀河系稀稀疏疏地裝著千億顆恒星,卻和其他臨近的星系緊密地挨著。
一顆一顆單獨(dú)燃燒著的恒星提供著最基本的宇宙中我們?nèi)庋劭梢钥匆姷墓饬?。它們組成的星系,提供著相對穩(wěn)固的大本營,在萬有引力的作用下團(tuán)結(jié)在一起,彼此影響,也吸引周邊。
當(dāng)我們著眼與整個(gè)銀河系的時(shí)候,無論在北京天文館的SGI宇宙劇場里,還是在天文學(xué)家手中的模擬圖里,都不再能輕易看到太陽的身影,更不可能再見得到地球和月亮。假如地球就此消失了,不再有蔚藍(lán)大海也不再有裊裊晴空,余下的整個(gè)銀河系,依然生生不息地運(yùn)轉(zhuǎn)著。今天,天文學(xué)家認(rèn)為銀河系的年齡十分接近宇宙的年齡,也就是說,在宇宙誕生沒過多久,就形成了我們的銀河系,自那時(shí)起,銀河系就幾乎一直在以今天的面貌演化著。地球和人類的全部質(zhì)量,占到銀河系質(zhì)量的一千億億分之三。今天人類可以制造出來的最大的能量的武器全部加起來,連月球的萬分之一也不能摧毀。
1300年前杜甫說:“爾曹身與名俱滅,不廢江河萬古流。”我們賴以生存的一切,那些給我們提供穩(wěn)固和安全感的可以觸摸的房子、我們的城市、每天司空見慣的電燈、電腦、地鐵??它們的消失,完完全全不影響銀河的“流淌”。并不是我們有了能力建設(shè)了這一切才讓我們看得懂銀河,而是在“萬古流”的銀河中孕育出我們這一小段歷史。無論時(shí)間的尺度,還是空間的尺度,銀河系帶給我們的意義是,我們習(xí)以為常的、賴以為生的、司空見慣的事物和事務(wù),都絲毫不能影響銀河系今天的狀態(tài)和明天的演化進(jìn)程,妥妥的。在銀河系面前,不,在銀河系體內(nèi),我們唯一不能被抹殺的偉大之處,就是我們的探索的力量、感受的力量。我們的孩子制造的涂鴉和我們的專家制造的數(shù)控機(jī)床沒有任何本質(zhì)區(qū)別,在銀河系的運(yùn)行看來,這些制造都是滿足我們極短暫和極小尺度內(nèi)的一點(diǎn)點(diǎn)需要。只有我們在涂鴉和制造數(shù)控機(jī)床時(shí)表現(xiàn)出來的好奇心以及用這份好奇心去理解這個(gè)宇宙,才是能貫穿龐大尺度銀河系的逆襲。
我們帶著這樣的好奇心和感受力,揭開了一個(gè)又一個(gè)銀河系背后的謎團(tuán)。但還有更多的問號擋在面前,引誘著我們保持這份好奇心。銀河系的運(yùn)動,在我看來,是最能體現(xiàn)天文學(xué)的思維方法和探索過程的領(lǐng)域。它綜合了不同尺度的物理過程,結(jié)合了不同類型的觀測數(shù)據(jù),從單個(gè)恒星的模擬,到海量數(shù)據(jù)的處理,是手藝,更是力量。
在之前的幾篇里,我們探討了銀河系的整體外觀、盤、暈等結(jié)構(gòu)的問題,也講到了很多有爭議的問題是怎么一步一步獲得了新的認(rèn)識,還聊了一些我們這個(gè)種族——人類——在認(rèn)識銀河系這個(gè)龐然大物時(shí)煥發(fā)出的昂揚(yáng)斗志。作為這個(gè)系列文章的最后一篇,我很想聊一些過去的和未來的事兒。
當(dāng)我們用一種“地球是基地”的眼光看到我們的銀河系和宇宙的時(shí)候:我們是觀察的中心,星河圍繞我們旋轉(zhuǎn),打破這一點(diǎn)認(rèn)識人類用了幾千年;我們是觀察的中心,我們有著絕妙的物理位置恰好觀察到銀河系中的大部分結(jié)構(gòu),質(zhì)疑這一點(diǎn)可能還要用幾百年;我們至少還算得上是銀河系中文明的中心,因?yàn)樗械娜嗽焯祗w、探測器、電視信號都是以地球?yàn)橹行陌l(fā)射出去的,要打破這一點(diǎn),不知道還要用多久。我們躲藏在溫暖的山洞里棲息繁衍,我們的先驅(qū)者總想到山洞外面一探究竟。就像最近上映的電影《瘋狂原始人》里那樣,人類在安全的山洞和好奇的外部世界之間搖擺不定。當(dāng)我們看到原始人一家披荊斬棘走到新世界的時(shí)候,我們?yōu)橹袆?。?dāng)我們看到人類不畏犧牲再次披掛上陣兵發(fā)蒼穹的時(shí)候,我們?yōu)橹袆?。?dāng)我們?nèi)〉昧松a(chǎn)和生活中的大收獲的時(shí)候,我們當(dāng)然要為之驕傲,但同時(shí),當(dāng)天文學(xué)的望遠(yuǎn)鏡指向暗夜,我們也該為之感動。
最后,我想再讓親愛的讀者完整地瀏覽一次銀河系的基本面容:
一個(gè)漩渦星系,中心帶有一個(gè)棒狀的結(jié)構(gòu),盤略扁平,暈呈球狀。整個(gè)直徑10萬光年。我們和太陽一起位于距離中心2.5萬光年處。在晴好的夜空,銀河系呈現(xiàn)為一條暗弱的光帶,有分叉,有暗洞。它包含著千億顆恒星,圍繞著中心旋轉(zhuǎn)。這樣的過程,已經(jīng)持續(xù)了超過100億年。這一切,我們正在了解。