近日，中外科學(xué)家繪制出目前最準(zhǔn)確的銀河系構(gòu)造圖，明
白銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。
銀河系構(gòu)造是天文學(xué)中長期懸而未決的嚴(yán)重科學(xué)問題。美國、德國和中國的天文學(xué)家主導(dǎo)成立了“銀河系棒和旋臂構(gòu)造遺珍巡天”嚴(yán)重科學(xué)方案，經(jīng)過十余年研討最終破解。這是人類繼認(rèn)識地球和太陽系后，跨入宏大銀河系的關(guān)鍵一步。
歷經(jīng)17年，美國、德國和中國天文學(xué)家主導(dǎo)的嚴(yán)重科學(xué)研討團(tuán)隊繪制出迄今最準(zhǔn)確銀河系構(gòu)造圖，明晰地展現(xiàn)銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。
美國哈佛—斯密松天體物理中心資深天文學(xué)家、美國科學(xué)院院士馬克·里德和
南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授鄭興武結(jié)合撰寫的《銀河系新視野》，登載在近日的《科學(xué)美國人》雜志上，成為封面文章。這項研討是人類繼認(rèn)識地球和太陽系后，跨入我們寓居的宏大銀河系的關(guān)鍵一步。
間隔悠遠(yuǎn) 觀測艱難
不斷未能看清銀河系構(gòu)造
銀河系構(gòu)造是天文學(xué)中長期懸而未決的嚴(yán)重科學(xué)問題。
早在1785年，英國著名天文學(xué)家赫歇爾經(jīng)過恒星記數(shù)的辦法，第一次提出銀河系是一個由億萬顆恒星組成的扁平系統(tǒng)。但長期以來，這個扁平的恒星系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造不斷沒有人弄分明。
鄭興武解釋，是由于銀河系太大了，
現(xiàn)代研討標(biāo)明它的直徑約為10萬至18萬光年，太陽系離銀河系中心很遠(yuǎn)，且位置接近銀道中心面，因而我們所看到的旋臂都堆疊投影在天球上而無法分辨，同時我們又無法分開銀河系，到幾百萬光年以外的宇宙空間來回眸銀河系，恰如“不識廬山真面目，只緣身在此山中”。
天文學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，假如能準(zhǔn)確地測定旋臂上足夠多的天體到太陽的相對間隔，即使身在銀河系內(nèi)部，也完整能從內(nèi)到外勾勒出銀河系的旋臂構(gòu)造。于是，尋覓能有效勾勒出銀河系構(gòu)造的示蹤天體或者信標(biāo)，又能準(zhǔn)確丈量它們間隔，成為天文學(xué)家破解這個難題的獨一途徑。
但是，在銀盤上散布著濃密的塵埃氣體，對銀河系旋臂上天體的光學(xué)輻射產(chǎn)生十分嚴(yán)重的遮擋。當(dāng)人們到無光污染的大草原仰視天空，用肉眼就能夠發(fā)現(xiàn)銀河中心有一個暗帶，即使運用大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡也只能看清太陽系四周的天體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銀河系的大小。這是光學(xué)天文無法完整探究銀河系構(gòu)造的緣由。
真正普遍深化地觀測和研討銀河系的構(gòu)造得益于20世紀(jì)50年代射電和紅外天文學(xué)的興起。射電和紅外輻射能穿透銀道面上濃密的塵埃，使我們看到銀河系邊緣的天體。經(jīng)過近半個世紀(jì)的觀測和研討，天文學(xué)家普遍以為銀河系是一個棒旋星系。
不過，由于離我們最近銀河系旋臂的間隔大約為6000光年，直接準(zhǔn)確丈量這些射電和紅外源的間隔十分艱難，天文學(xué)家常常借助于一些天體物理模型，間接丈量它們的間隔。近代天文學(xué)研討標(biāo)明，這些間接丈量的辦法有很多問題。這也招致了銀河系構(gòu)造的一些最根本的問題依然沒有得到處理。
國際協(xié)作 數(shù)據(jù)共享
天文學(xué)家合力破解難題
為加深對銀河系構(gòu)造的認(rèn)識，21世紀(jì)初，美國、德國和中國的天文學(xué)家主導(dǎo)成立了由8個國度22位天文學(xué)家參與的“銀河系棒和旋臂構(gòu)造遺珍巡天”嚴(yán)重科學(xué)方案，簡稱貝塞爾方案，以留念德國天文學(xué)家貝塞爾在1938年第一次丈量了恒星的間隔。
貝塞爾方案用等效口徑為8000多公里的甚長基線干預(yù)陣，采用幾何三角視差辦法直接丈量大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)中脈澤源的間隔和自行。為了肯定銀河系構(gòu)造，科學(xué)家希望有一種能穿透銀河系盤中濃密塵埃、能丈量銀河系邊緣構(gòu)造的極亮天體。這種天體就是大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)中的脈澤源，是一種亮溫度超越億度、以至萬億度的宇宙激光點源。
從2003年到2019年貝塞爾嚴(yán)重研討方案根本完畢，研討團(tuán)隊丈量了銀盤上163個大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)中脈澤源的間隔和自行，分離國際上其他團(tuán)組丈量的37個脈澤源，共取得了銀河系中近200個大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)的間隔和自行。
“為了丈量一個脈澤源的間隔和它的自行，在地球上由10個天線組成的甚長基線干預(yù)陣，在一年內(nèi)至少要觀測5次，每次觀測時間約為5小時，每一小時的觀測約需求20個小時的時間停止數(shù)據(jù)處置和寫報告。在十余年中，我國貝塞爾課題組成員大局部時間都在默默地觀測和數(shù)據(jù)處置中?！编嵟d武引見，國際團(tuán)隊成員處置后的數(shù)據(jù)，均停止了共享。
據(jù)引見，研討團(tuán)隊對大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)在銀盤上的螺旋形位置散布的突跳和連續(xù)停止剖析和補(bǔ)償。最終，從研討團(tuán)隊所丈量大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)的準(zhǔn)確位置，明晰地勾勒出4條主旋臂，分別是英仙臂、人馬—船底臂、矩尺臂和盾牌—半人馬臂。再分離紅外、一氧化碳和大量年輕天體的觀測材料，最終繪制出銀河系構(gòu)造圖。
在天文學(xué)家觀測到的宇宙較亮的河外星系中，旋渦星系約占整個星系數(shù)的80%，而棒旋星系約占旋渦星系的2/3，銀河系是宇宙中普通的一個星系，4個旋臂散布相比照較對稱。相比擬于不規(guī)則星系，我們寓居的銀河系是一個旋臂勻稱美麗的星系。該項研討成果徹底處理了銀河系終究有幾條旋臂這一天文學(xué)中長期爭論而未處理的嚴(yán)重科學(xué)問題。它為
現(xiàn)代天體物理學(xué)具有應(yīng)戰(zhàn)性的研討課題之一，即銀河系乃至星系的構(gòu)成研討提供了重要觀測根據(jù)。
“銀河系棒和旋臂構(gòu)造遺珍巡天方案”給出了太陽系在銀河系中有關(guān)它的位置和運動的重要信息。從主要由中國天文學(xué)家觀測和研討的結(jié)果剖析，標(biāo)明太陽系不在4條主旋臂上，而十分接近于獨立于這4條主旋臂的一條本地臂左近。這條本地臂的外形和其包含豐厚的大質(zhì)量恒星構(gòu)成區(qū)可與其他4條主旋臂相似，或許不是一個孤立的臂段，而極有可能是臨近英仙臂和人馬—船底臂的一局部。
接力參與 成果迭出
助推人才培育和學(xué)科開展
在由美國、德國和中國的天文學(xué)家為主導(dǎo)的貝塞爾方案中，中國天文學(xué)家起著重要作用，方案中有一半成果來自中國團(tuán)隊。中國成員來自
南京大學(xué)、紫金山天文臺、
上海天文臺和國度授時中心。
2003年，中外科學(xué)家協(xié)作獲得里程碑式的成果，也是促成貝塞爾方案的創(chuàng)始性工作。2013年，貝塞爾方案中以紫金山天文臺研討人員為首的科研團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確測定了間隔地球最近的銀河系本地臂的形態(tài)和運動學(xué)性質(zhì)。2016年，紫金山天文臺研討員徐燁、李晶晶博士發(fā)現(xiàn)了一座“橋梁”，從本地臂延伸至人馬臂，長度大約有1.2萬光年，是迄今發(fā)現(xiàn)的銀河系內(nèi)最長的一個旋臂次構(gòu)造。同時分離其他觀測證據(jù)，他們率先提出，銀河系不是以前公認(rèn)的單純由雄偉、規(guī)則的螺旋形主旋臂組成，而是相似于一些河外星系，在主旋臂間有著很屢次構(gòu)造的復(fù)雜棒旋渦星系。
截至2019年底，在貝塞爾方案的163個目的脈澤源中，中國天文學(xué)家觀測剖析了其中85個源。貝塞爾方案在國際知名的天文和天體物理刊物上發(fā)表了35篇論文，其中中國天文學(xué)家發(fā)表了16篇。
此外，
上海天文臺研討員張波、國度授時中心研討員吳元偉、
南京大學(xué)胡波博士的觀測和研討，都對繪制出銀河系構(gòu)造圖做出了重要奉獻(xiàn)?！皡⑴c這一嚴(yán)重科學(xué)方案將助推我國甚長基線天體丈量學(xué)科的開展，培育出一批年輕天文學(xué)家，走在國際甚長基線天體丈量學(xué)科的最前列。這個根底學(xué)科的開展還可能為精細(xì)天體丈量的實踐應(yīng)用提供技術(shù)辦法支撐?！编嵟d武說。
