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銀河系到底有幾個盤
（2008年02月19日 00:07:47）
來源︰中國國家天文
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□作者: 趙君亮亞
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一個典型的旋渦星系
根據近代天文學的觀測研究，銀河系是一個旋渦星系，總體結構大體上由銀盤、核球、銀暈和暗暈4個部分組成。除暗暈外，銀河系的總質量約為1.4 ×1011太陽質量，其中以恆星形式出現的約佔90%以上，而由氣體和塵埃組成的各類星際物質不超過銀河系總質量的10%，星際物質密度比較高的地方便形成星際雲。據估計，銀河系的年齡約為100億年或更老。
銀盤是銀河系恆星分布的主體，外形呈軸對稱和平面對稱的扁平圓盤狀，猶如運動場上的鐵餅，直徑約為8.2萬光年。太陽到銀河系中心的距離(銀心距)約為2.6萬光年，離銀盤對稱平面僅有20光年〜30光年。銀盤厚度並不均勻，近中心處厚，邊緣部分薄，除暗暈部分外，銀河系總質量的85%〜90% 集中在銀盤內。根據星系的哈勃分類法，銀河系是一個Sb或Sc型的旋渦星系，這種旋渦結構表現為在銀盤中存在若干條旋臂，它們是氣體、塵埃和年輕恆星的集中分布區。旋臂的實際形狀很復雜，有的地方會分叉，形成所謂支臂。
核球是銀河系中恆星分布最密集的區域，大體上呈扁球狀，長軸1.3萬光年〜1.6萬光年，厚1.3萬光年。核球質量約佔除暗暈外銀河系質量的 5%，其中主要是一些老年天體，越接近中心，恆星的密集程度越高。核球中有一個很強的射電源人馬座A，結構很復雜，至少含有5個子源，在射電輻射最強的2 個子源中有一個子源的直徑為33光年，該子源中更有一個直徑近5光年的亮核，這就是銀核。天空中銀核所在的位置就是銀河系中心的方向。銀核的質量約為幾百萬太陽質量，天文學家普遍認為那里很可能有一個超大質量黑洞，不過並沒有處于劇烈活動期，所以銀河系是一個普通星系，而不是活動星系。
銀暈包圍著銀盤，這是一個由稀疏分布的恆星和星際物質組成的區域，大體上呈球形，直徑在10萬光年左右。盡管它的範圍比銀盤大得多，但因為物質分布的平均密度很低，質量大約只及銀盤的10%。銀暈物質主要表現為老年恆星和球狀星團，還有很少量的氣體。
在銀暈之外有一個範圍更大的物質分布區，這就是暗暈，又稱銀冕。通常認為暗暈的組成成分主要是暗物質，直徑可能是銀暈直徑的10倍，質量可能高達銀河系其他部分質量總和的10倍。不過，由于暗暈的主要成分是暗物質，目前尚不能直接觀測到，它是根據一些實測結果間接地推測出來的，因而對于暗暈的大小、質量和性質都尚未有明確的定論。
銀河系厚盤的發現
除暗暈外，銀河系中的物質主要以恆星形式分布在銀盤中，在銀盤對稱平面(銀道面)附近，單位體積內的恆星數(恆星數密度)最高，隨著離銀道面距離(銀面距)的增大，恆星數密度漸而降低。銀盤範圍內恆星數密度D隨銀面距z的變化規律D(z)，大體上可以用指數函數D(z)=D0e-z/h來表示，其中e=2.7182⋯⋯為自然對數底，D0是銀道面上(z=0處)的恆星數密度，h稱為標高。標高的含意是，銀面距每增大h秒差距，恆星的數密度便減小到1/e。利用實測資料確定函數的具體形式(D0和h的值)，便成為研究銀河系結構和恆星分布的主要內容之一。自赫歇爾時代以來，天文學家一直認為銀盤中恆星只具有單一的指數分布結構——銀盤，僅此而已。
1 9 8 3 年，兩位英國天文學家吉爾莫(N.Gilmore)和萊德(G.Reid)經過詳細的研究後首次明確提出，銀盤中的恆星可以分屬于薄盤和厚盤兩種形態不同的結構。他們發現，恆星在垂直銀道面方向上的分布需要用2個指數成分來表述︰在銀面距z≦1000秒差距範圍內，銀盤恆星可以用一個指數分布來描述，標高約為 300秒差距, 這就是薄盤，也就是原來意義上的銀盤。另一方面，在銀面距z=1000秒差距〜5000秒差距範圍內的恆星主要屬于第二個指數成分，標高約為1450秒差距, 稱為厚盤。不過，構成薄盤和厚盤的恆星在空間分布上並不是截然分開的，而是互相套疊在一起，其間並沒有任何使之一分為二的邊界，這正是厚盤結構不容易發現的主要原因。在靠近銀道面處，主要是薄盤恆星，如太陽附近區域內厚盤恆星僅佔恆星總數的2%左右。由于薄盤恆星的標高比厚盤恆星小得多，隨著銀面距的增大，薄盤恆星的數密度迅速減小，因而在遠離銀道面的地方就以厚盤恆星為主了。
屬于薄盤和厚盤的恆星，在物理學和運動學性質上有著明顯的差異。厚盤恆星的年齡不小于80億年，絕大部分大于100億年，而薄盤恆星的年齡則普遍小于80億年。在化學組成上，厚盤恆星中原子量比氫和氦重的所謂“金屬元素”的相對含量(稱為金屬豐度)比較低，而薄盤恆星的金屬豐度比較高。在運動學狀態方面，與厚盤相比，薄盤恆星繞銀心的轉動速度比較大，但不同恆星之間在運動速度上的差異比較小，顯得較為“步調一致”。
隨著銀河系厚盤的發現，原來關于銀河系恆星分布的3成分(核球+銀盤+銀暈)模型，應代之以4成分(核球+薄盤+厚盤+銀暈)模型。今天，銀河系厚盤的存在，已經為天文界所普遍接受。不僅如此，在一些河外旋渦星系中也發現了存在厚盤的觀測證據。因此，至少對一部分星系來說，厚盤很可能是星系結構中普遍存在的一種成分，它的形成和性質必然與星系演化過程密切相關。
在更為細致的研究中，人們又進一步把薄盤恆星區分為年輕薄盤和老年薄盤兩種成分。其中，所謂“老年薄盤”就是原來意義上的薄盤，而屬于年輕薄盤的恆星的空間分布更要“薄”一些，標高僅為100秒差距。構成老年薄盤的恆星主要是一些暗星，絕對星等M>4，而屬于年輕薄盤的則大都是比較亮的恆星，M≦4，年齡小于30億年。在太陽附近的薄盤恆星中，屬于年輕薄盤的約佔20%，而老年薄盤恆星則佔了80%。
除了恆星外，銀河系中還存在大量的氣體塵埃物質，其中塵埃約佔10%，密度高的地方便表現為各類星雲。氣體塵埃物質主要集聚在銀道面附近，在空間分布上也呈現盤狀結構，這就是氣體盤。在討論與銀河系結構和演化有關的問題時，氣那麼，銀河系總共有幾個盤呢？就目前的認識來看，至少應該有4個，即厚盤、老年薄盤、年輕薄盤和氣體盤，而其中前3個都是恆星盤。任何關于銀河系形成和演化的理論研究(模型)，必須對此給出合理的解釋。
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文章作者:趙君亮亞
責任編輯:skylook
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