银河系之谜,地球上看到的银河系是完整的吗

观测合成图：银河系中心的一对“费米泡”(伽玛射线泡)，如太空中两个异常明亮的灯泡。(NASA/Goddard 太空飞行中心)

银河系是天空中最受人们关注的星系。虽然地球位于银河系之内，人类的最大最好望远镜时刻在观测系内的各种星体，但是这座无比壮观的宇宙天体仍然充满未解之谜。

夜空中，如果没有光污染的话，人们会看清更多闪烁的星体形成的带状银河。

但是，无论我们的眼力多好，都不能看到星系尘埃遮挡的星星。《国家地理》杂志近日报道，银河系有十大未解之谜有待进一步探索。

“大灯泡”

又称“费米泡”，为2010年发现的两个巨大高能量射线泡，其中三分之二成分是伽玛射线，这些射线的发射速度达到每小时320万公里。

从银河系侧面看，“费米泡”在银河系中心上下对称分布，像安在那里的两颗明亮灯泡，每个灯泡的长径达3万光年。

科学家至今无法判断这些强大伽玛射线的具体来源，即为什么突然出现数量如此庞大的高能量伽玛射线。

费米望远镜拍摄的银河系图像(红色框为银河系;黄色圆圈为费米泡)(NASA/DOE/Fermi LAT/D. Finkbeiner et al.)

成群氢气泡飞出银河中心

美国国家科学基金会的绿堤射电望远镜(Green Bank Telescope)发现，成群结队的氢气泡从银河系中心飞出，时速为100万公里。

这些飞向银河系外空间的气泡数量超过一百个，在银河系的上下分布范围分别达5000光年。

飞出银河系的氢气泡。(NSF、S. Brunier; Design & Illustration: P. Vosteen (CC BY-ND))

绿堤望远镜网站1月10日报导说，科学家虽然看到这些气泡以惊人的速度从星系中心飞出，但是不知道确切的原因，无法判断那些泡是沉积还是离子化的结果。

暗物质晕圈

50年前，科学家发现银河系被暗物质包绕。这些暗物质在银河系周围形成一个“晕圈”。

但是，具体原因至今为谜。

包绕银河系的蓝色球形对称光晕(需要仔细观察)即为暗物质。(NASA)

被远古星团包绕

银河系被至少150个古老星团包绕。星团，即恒星集中的空间。这些星团含有数以万计的星体，其年龄几乎与宇宙相当。

其中大部分是“隐身”的，只有大小麦哲伦星团能在南部天空观测到。

“薄如纸”

银河系是个扁扁的螺旋星系，像一张纸一样薄。因为银河系的直径为10万光年，但是其厚度进为1000光年，这个比例为100：1，如同一张纸。

为什么是这种结构特点?

银河系侧面关，除了星系中心稍厚之外，其余部分相比于其横径非常薄。星系中心可见X形结构。(NASA/JPL-Caltech/D.Lang)

地球仅过了18个“银河年”

这是说，太阳系以时速大约80万公里围绕银河系旋转，就像地球围绕太阳旋转那样。但是，太阳系需要2.5亿年才能围绕银河一周，也就是过一个“银河年”。

按照地球有45亿年历史计算，太阳系仅围绕银河系转了18周，也就是18个“银河年”。可见银河系之庞大。

太阳系在银河系中的位置。(NASA/Adler/U. Chicago/Wesleyan/JPL-Caltech)

恒星数量之谜

目前，科学家无法确切知道银河系到底有多少颗恒星，更谈不上具体包括行星在内的所有星体的数量有多少。

因为银河系的星体太多，一个个的观测和计数是不可能的，因此只能用“称重法”或“光度法”估算。

即使是估算，也无法得知大致的恒星数量，3000亿颗?4000亿颗?……

这不是沙子，而是银河系中的恒星。(澳大利亚国立大学视频截图)

吞噬周围星系

近年来，科学家发现银河系将其周围的小星系吞噬，至少吞噬了11座。其残余物为河流一样的尘埃云，被称为“星流”。

超级黑洞

科学家检测到银河系中心发出极为强大的射线束及无线电波等，因此推测那里有一颗超级黑洞。

这颗黑洞和银河系的演化息息相关，也就是说，超级黑洞和银河系的命运有关，但是至今科学家无法直接看到这颗黑洞的真实形象。

钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory)拍摄的银河系中心巨大黑洞部位发出的X射线图像。(NASA)

未来与仙女座“相撞”?

说是碰撞，其实是星系之间的交汇融合，而不是真正的撞击。

科学家发现，银河系与其最近的星系“仙女座”相向运动，速度为每小时40万公里。

虽说是近邻，两座星系也相距250万光年，距离之遥远难以想像。我们可用时间来衡量一下。这两座星系需要等到40亿年之后，才能相互碰撞。

这么久远的时间，其间是不是会发生其他宇宙大事?

银河系中心的黑洞才500万倍太阳质量，怎么束缚住银河系的上千亿恒星的？

银河系，中心的黑洞才500万倍太阳质量怎么束缚住银河系的上千亿恒星的？

我们所在的银河系，虽然是可观测宇宙中一个非常普通的星系，但是以人类的视角来看，这个星系的空间尺度还是非常庞大的。据科学家们的估算，银河系的直径大约为20万光年，厚度在2000光年上下，包含着1000-4000亿颗恒星，总质量达到4.2×10^41公斤，约是太阳质量的千亿倍。在银河系的中心，存在着一个大型的星系黑洞－人马座A*，其质量达到太阳的400多万倍，按理说，虽然这个黑洞的质量很大，但是其有效引力范围也只能达到1万光年左右的区域，在距离银心10万光年的银河系外侧，那么多恒星系所受到的黑洞引力已经非常微弱了，那么是什么力量在束缚着这些外侧的恒星，能够乖乖地围绕银心转动呢？

宇宙中的黑洞，是一种由外层物质无限坍缩而成的天体结构，其质量集中到一个奇点之上，在与奇点一定距离（即史瓦西半径）之内的空间，具有超高的曲率，连宇宙中速度最快的光线都无法从中逃逸出去，所有说黑洞是宇宙中最为特殊、引力最强、破坏力最大的天体。

根据科学家们的判断，宇宙中的黑洞共包含3种：一是宇宙大爆炸瞬间产生的原初黑洞，质量和体积都很小，而且寿命很短，在现实宇宙中至今还没有发现过它们的踪迹。

二是大质量恒星在生命末期，完成超新星爆发之后，剩余部分继续坍缩而成的恒星黑洞，这也是宇宙中黑洞数量占比最多的一种类型。

三是星系中央存在的星系黑洞，至于它们的形成，现在主流观点认为是基于恒星黑洞的吞噬和合并产生的，由于星系中央区域恒星分布密度非常之高，而且质量也相对较大、寿命较短，当众多大质量恒星完成主序期使命以后，就会相继形成许多恒星黑洞，一方面吞噬周围的恒星及其它星际物质，另一方面黑洞之间也会在引力作用下发生合并，从而形成质量更大的黑洞。我们人类首次拍摄到的黑洞照片，就是位于室女座中一个巨大椭圆星系（M87中央）的黑洞，其质量惊人，达到了太阳质量的60多亿倍。

银河系中心的人马座A*黑洞质量，与刚才提到的M87星系中央黑洞的质量相比，简直弱得一塌糊涂，然而这并不影响着银河系的整体围绕着星系中央稳定运转。那么，是什么力量在束缚银河系特别是边缘恒星没有被甩出去呢？我想，主要的原因有两个。

第一是共同质心的作用问题。按照牛顿万有引力定律，两个星体之间的引力大小，与它们的质量乘积成正比，与它们间的距离值平方成反比。如果一个星体围绕另一个星体作规律性的旋转，那么这个星体所受到的万有引力，正好与公转时的向心力一致，也就是说万有引力与我们假设的一个与向心力大小相等、方向相反的离心力相互平衡。

这种运动的状态当然是理想化的，因为万有引力是相互的，那么两个星体之间的旋转运行也是相互的。我们之所以看到太阳系所有的行星都围绕着太阳运行，实质上是行星和太阳本身，都在围绕着它们共同的质心在旋转，只是由于太阳的质量占据了整个太阳系总质量的99.86%，使得太阳系的共同质心就处在太阳附近，所以我们就近似地以为所有行星都在围绕着太阳公转。

对于银河系来说，距离银心位置越近的区域，其恒星密度越高，相反边缘区域的恒星密度就非常小了。据科学家们测算，在银核区域（直径1万光年），其恒星密度是其它区域恒星平均密度的500倍，而在银核靠近黑洞的区域，恒星密度更高，可以达到其它区域平均值的上万倍。依据这种恒星分布规律，整个银河系的质心，无疑将存在于银核区域，确切点说就是位于黑洞之内，所以表面上看是银河系整体都在围绕着黑洞运行，实质上是围绕着它们的共同质心运行，而这个共同质心，又恰好落在黑洞内而已。

第二个原因就是暗物质的问题。即使有这个共同的质心，那么对于半径10万光年的银河系外围恒星，其引力效果也是非常微弱的，也就是说不足以支撑外围星系的高速运动状态。同时，结合宇宙微波背景辐射涨落规律的观测，科学家们逐渐意识到在宇宙空间应该存在着一种无法观测到的物质，对宇宙中的现实物质提供了非常强烈的引力势能加持，当现实物质落入这种物质造成的引力势井中，就会产生一定的吸引作用，这种吸引作用与万有引力一起，在一定程度上可以抵消部分由暗能量所带来的空间膨胀效应，同时可以为星系边缘的恒星提供额外的向心力增量，从而维持着星系整体的运行稳定。

通过科学家们的估算，宇宙中可见的常规物质质量占比仅为4.9%左右，而暗物质的总量能够达到常规物质的5倍多，其它绝大部分被另外一种未知的因素所占据，那就是暗能量。正是在万有引力、暗物质和暗能量三者的共同作用下，我们宇宙中的常规物质才得以按照一定的规律，稳定、持久地运行下去。

银河系中心的黑洞才500万倍太阳质量，怎么束缚住银河系的上千亿恒星的？

银河系，中心的黑洞才500万倍太阳质量怎么束缚住银河系的上千亿恒星的？

我们所在的银河系，虽然是可观测宇宙中一个非常普通的星系，但是以人类的视角来看，这个星系的空间尺度还是非常庞大的。据科学家们的估算，银河系的直径大约为20万光年，厚度在2000光年上下，包含着1000-4000亿颗恒星，总质量达到4.2×10^41公斤，约是太阳质量的千亿倍。在银河系的中心，存在着一个大型的星系黑洞－人马座A*，其质量达到太阳的400多万倍，按理说，虽然这个黑洞的质量很大，但是其有效引力范围也只能达到1万光年左右的区域，在距离银心10万光年的银河系外侧，那么多恒星系所受到的黑洞引力已经非常微弱了，那么是什么力量在束缚着这些外侧的恒星，能够乖乖地围绕银心转动呢？

宇宙中的黑洞，是一种由外层物质无限坍缩而成的天体结构，其质量集中到一个奇点之上，在与奇点一定距离（即史瓦西半径）之内的空间，具有超高的曲率，连宇宙中速度最快的光线都无法从中逃逸出去，所有说黑洞是宇宙中最为特殊、引力最强、破坏力最大的天体。

根据科学家们的判断，宇宙中的黑洞共包含3种：一是宇宙大爆炸瞬间产生的原初黑洞，质量和体积都很小，而且寿命很短，在现实宇宙中至今还没有发现过它们的踪迹。

二是大质量恒星在生命末期，完成超新星爆发之后，剩余部分继续坍缩而成的恒星黑洞，这也是宇宙中黑洞数量占比最多的一种类型。

三是星系中央存在的星系黑洞，至于它们的形成，现在主流观点认为是基于恒星黑洞的吞噬和合并产生的，由于星系中央区域恒星分布密度非常之高，而且质量也相对较大、寿命较短，当众多大质量恒星完成主序期使命以后，就会相继形成许多恒星黑洞，一方面吞噬周围的恒星及其它星际物质，另一方面黑洞之间也会在引力作用下发生合并，从而形成质量更大的黑洞。我们人类首次拍摄到的黑洞照片，就是位于室女座中一个巨大椭圆星系（M87中央）的黑洞，其质量惊人，达到了太阳质量的60多亿倍。

银河系中心的人马座A*黑洞质量，与刚才提到的M87星系中央黑洞的质量相比，简直弱得一塌糊涂，然而这并不影响着银河系的整体围绕着星系中央稳定运转。那么，是什么力量在束缚银河系特别是边缘恒星没有被甩出去呢？我想，主要的原因有两个。

第一是共同质心的作用问题。按照牛顿万有引力定律，两个星体之间的引力大小，与它们的质量乘积成正比，与它们间的距离值平方成反比。如果一个星体围绕另一个星体作规律性的旋转，那么这个星体所受到的万有引力，正好与公转时的向心力一致，也就是说万有引力与我们假设的一个与向心力大小相等、方向相反的离心力相互平衡。

这种运动的状态当然是理想化的，因为万有引力是相互的，那么两个星体之间的旋转运行也是相互的。我们之所以看到太阳系所有的行星都围绕着太阳运行，实质上是行星和太阳本身，都在围绕着它们共同的质心在旋转，只是由于太阳的质量占据了整个太阳系总质量的99.86%，使得太阳系的共同质心就处在太阳附近，所以我们就近似地以为所有行星都在围绕着太阳公转。

对于银河系来说，距离银心位置越近的区域，其恒星密度越高，相反边缘区域的恒星密度就非常小了。据科学家们测算，在银核区域（直径1万光年），其恒星密度是其它区域恒星平均密度的500倍，而在银核靠近黑洞的区域，恒星密度更高，可以达到其它区域平均值的上万倍。依据这种恒星分布规律，整个银河系的质心，无疑将存在于银核区域，确切点说就是位于黑洞之内，所以表面上看是银河系整体都在围绕着黑洞运行，实质上是围绕着它们的共同质心运行，而这个共同质心，又恰好落在黑洞内而已。

第二个原因就是暗物质的问题。即使有这个共同的质心，那么对于半径10万光年的银河系外围恒星，其引力效果也是非常微弱的，也就是说不足以支撑外围星系的高速运动状态。同时，结合宇宙微波背景辐射涨落规律的观测，科学家们逐渐意识到在宇宙空间应该存在着一种无法观测到的物质，对宇宙中的现实物质提供了非常强烈的引力势能加持，当现实物质落入这种物质造成的引力势井中，就会产生一定的吸引作用，这种吸引作用与万有引力一起，在一定程度上可以抵消部分由暗能量所带来的空间膨胀效应，同时可以为星系边缘的恒星提供额外的向心力增量，从而维持着星系整体的运行稳定。

通过科学家们的估算，宇宙中可见的常规物质质量占比仅为4.9%左右，而暗物质的总量能够达到常规物质的5倍多，其它绝大部分被另外一种未知的因素所占据，那就是暗能量。正是在万有引力、暗物质和暗能量三者的共同作用下，我们宇宙中的常规物质才得以按照一定的规律，稳定、持久地运行下去。

银河系中心的黑洞才500万倍太阳质量，怎么束缚住银河系的上千亿恒星的？

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我们所在的银河系，虽然是可观测宇宙中一个非常普通的星系，但是以人类的视角来看，这个星系的空间尺度还是非常庞大的。据科学家们的估算，银河系的直径大约为20万光年，厚度在2000光年上下，包含着1000-4000亿颗恒星，总质量达到4.2×10^41公斤，约是太阳质量的千亿倍。在银河系的中心，存在着一个大型的星系黑洞－人马座A*，其质量达到太阳的400多万倍，按理说，虽然这个黑洞的质量很大，但是其有效引力范围也只能达到1万光年左右的区域，在距离银心10万光年的银河系外侧，那么多恒星系所受到的黑洞引力已经非常微弱了，那么是什么力量在束缚着这些外侧的恒星，能够乖乖地围绕银心转动呢？

宇宙中的黑洞，是一种由外层物质无限坍缩而成的天体结构，其质量集中到一个奇点之上，在与奇点一定距离（即史瓦西半径）之内的空间，具有超高的曲率，连宇宙中速度最快的光线都无法从中逃逸出去，所有说黑洞是宇宙中最为特殊、引力最强、破坏力最大的天体。

根据科学家们的判断，宇宙中的黑洞共包含3种：一是宇宙大爆炸瞬间产生的原初黑洞，质量和体积都很小，而且寿命很短，在现实宇宙中至今还没有发现过它们的踪迹。

二是大质量恒星在生命末期，完成超新星爆发之后，剩余部分继续坍缩而成的恒星黑洞，这也是宇宙中黑洞数量占比最多的一种类型。

三是星系中央存在的星系黑洞，至于它们的形成，现在主流观点认为是基于恒星黑洞的吞噬和合并产生的，由于星系中央区域恒星分布密度非常之高，而且质量也相对较大、寿命较短，当众多大质量恒星完成主序期使命以后，就会相继形成许多恒星黑洞，一方面吞噬周围的恒星及其它星际物质，另一方面黑洞之间也会在引力作用下发生合并，从而形成质量更大的黑洞。我们人类首次拍摄到的黑洞照片，就是位于室女座中一个巨大椭圆星系（M87中央）的黑洞，其质量惊人，达到了太阳质量的60多亿倍。

银河系中心的人马座A*黑洞质量，与刚才提到的M87星系中央黑洞的质量相比，简直弱得一塌糊涂，然而这并不影响着银河系的整体围绕着星系中央稳定运转。那么，是什么力量在束缚银河系特别是边缘恒星没有被甩出去呢？我想，主要的原因有两个。

第一是共同质心的作用问题。按照牛顿万有引力定律，两个星体之间的引力大小，与它们的质量乘积成正比，与它们间的距离值平方成反比。如果一个星体围绕另一个星体作规律性的旋转，那么这个星体所受到的万有引力，正好与公转时的向心力一致，也就是说万有引力与我们假设的一个与向心力大小相等、方向相反的离心力相互平衡。

这种运动的状态当然是理想化的，因为万有引力是相互的，那么两个星体之间的旋转运行也是相互的。我们之所以看到太阳系所有的行星都围绕着太阳运行，实质上是行星和太阳本身，都在围绕着它们共同的质心在旋转，只是由于太阳的质量占据了整个太阳系总质量的99.86%，使得太阳系的共同质心就处在太阳附近，所以我们就近似地以为所有行星都在围绕着太阳公转。

对于银河系来说，距离银心位置越近的区域，其恒星密度越高，相反边缘区域的恒星密度就非常小了。据科学家们测算，在银核区域（直径1万光年），其恒星密度是其它区域恒星平均密度的500倍，而在银核靠近黑洞的区域，恒星密度更高，可以达到其它区域平均值的上万倍。依据这种恒星分布规律，整个银河系的质心，无疑将存在于银核区域，确切点说就是位于黑洞之内，所以表面上看是银河系整体都在围绕着黑洞运行，实质上是围绕着它们的共同质心运行，而这个共同质心，又恰好落在黑洞内而已。

第二个原因就是暗物质的问题。即使有这个共同的质心，那么对于半径10万光年的银河系外围恒星，其引力效果也是非常微弱的，也就是说不足以支撑外围星系的高速运动状态。同时，结合宇宙微波背景辐射涨落规律的观测，科学家们逐渐意识到在宇宙空间应该存在着一种无法观测到的物质，对宇宙中的现实物质提供了非常强烈的引力势能加持，当现实物质落入这种物质造成的引力势井中，就会产生一定的吸引作用，这种吸引作用与万有引力一起，在一定程度上可以抵消部分由暗能量所带来的空间膨胀效应，同时可以为星系边缘的恒星提供额外的向心力增量，从而维持着星系整体的运行稳定。

通过科学家们的估算，宇宙中可见的常规物质质量占比仅为4.9%左右，而暗物质的总量能够达到常规物质的5倍多，其它绝大部分被另外一种未知的因素所占据，那就是暗能量。正是在万有引力、暗物质和暗能量三者的共同作用下，我们宇宙中的常规物质才得以按照一定的规律，稳定、持久地运行下去。