科學家公布有史以來最精確的銀河繫結構圖,其中有中國人的功勞

2020-12-05 六分鐘科普君

迄今為止,地球是人類發現的宇宙中唯一存在生命和文明的星球,目前在地球上生活著850萬種生物,其中包括150萬種動物,在這150萬種動物中又誕生出地球乃至宇宙唯一存在的高智慧生物人類,人類利用上天賜予的智慧創造出輝煌燦爛的人類文明,正是因為有了生命和文明,地球才不像其他星球那樣死寂沉沉,反而表現出一片生機勃勃的繁榮景象,地球能夠誕生出生命,除了歸功於地球擁有眾多優越的內部條件之外,也離不開那些容易讓人忽略的外部條件。

地球剛好位於太陽系的宜居地帶

在這些外部條件中,其中一個經常提及同時也是最重要的條件就是地球剛好位於太陽系的宜居地帶,地球所處的區域溫度剛好合適、也沒有很多小行星隕石和宇宙射線,非常適合生命誕生和繁衍,反觀太陽系的其他星球,要麼離太陽太近導致溫度太高,要麼離太陽太遠導致溫度很低,一點都不適合生命居住,大家都知道地球剛好位於太陽系宜居地帶,鮮為人知的是太陽系也剛好位於銀河系的宜居地帶,那麼科學家是依據什麼得出太陽系也剛好位於銀河系的宜居地帶呢?

太陽系也剛好位於銀河系宜居地帶

這需要從銀河系的結構圖去分析,科學家為了讓人類更好的認識銀河系,利用太空望遠鏡、遙感技術和超級計算機等技術和工具經過長時間的繪製,繪製出銀河系的結構圖,從銀河系的結構圖來看,在銀河系區域內存在大量發光的恆星,其中銀河系最明顯的特徵是它有4條螺旋結構從銀河系中心區域向外延伸,形成一個像旋轉的螺旋體。

銀河繫結構圖

人類對銀河系的探索最早追溯到17世紀時期,當時的伽利略利用天文望遠鏡發現了銀河系分布有大量恆星,但是那時候人們還不知道銀河系存在;到了18世紀,英國天文學家赫歇爾用恆星計數法研究出銀河系的結構為扁盤狀,從這個時候開始人類才開始逐漸了解銀河系的結構;20世紀20年代,科學家對銀河系的結構已經有了深入了解,之後美國天文學家沙普利建立了銀河系模型,被認為是銀河系最早的全景圖,不過由於當時技術限制,沙普利建立銀河系模型與實際的銀河系還存在很大差異,但是它的對銀河系的結構描述得到了世界公認。

國際著名科學雜誌《科學美國人》刊登的銀河系最新結構圖

後來隨著技術的進步,人類對銀河系的結構認識越來越清晰,得益於航天技術的發展,人類終於在2009年描繪出很精確的銀河系全景圖,2009年美國公布了由斯皮策太空望遠鏡拍攝的80萬張太空照片組成的銀河系全景圖,這是人類首次繪製出非常精確的銀河系全景圖,也讓人類第一次見到銀河系真正面貌,平時我們看到和使用的銀河系全景圖就是2009年公布的圖片,不過這種銀河系全景圖並不是最精確的銀河系全景圖,它只能算是「銀河系棒和旋臂結構巡天觀測」科學項目的「半成品」,為什麼呢?

銀河系最新結構圖,精確程度比以往更高

「銀河系棒和旋臂結構巡天觀測」科學項目是由中國、美國、德國、義大利、荷蘭、韓國、日本、波蘭等8國22位天文學家在21世紀初(確切的說是2003年)共同發起的一個科研項目,主要目的就是繪製出最精確的銀河繫結構圖,2009年公布的銀河系就是這個項目的「半成品」,精度還無法達到科學家預想中的精度,因此科學家繼續在2009年公布的銀河系全景圖的基礎上優化,經過十幾年的努力,終於在今年繪製出人類有史以來最精確的銀河系全景圖。

銀河繫結構圖繪製方法

近日,由中國南京大學鄭興武教授和美國天文學家裡德合作繪製的「迄今為止最精確的銀河繫結構圖」被發表在國際著名科學雜誌《科學美國人》上,這是自8國22位國際天文學家發起「銀河系棒和旋臂結構巡天觀測」科研項目17年來(2003年-2020年)年來所取得的最新研究成果,從雜誌公布的史上最精確的銀河系全景圖來看,銀河系存在4條非常清晰的主旋臂,圖中還特別標出了這4條主旋臂的名稱:英仙臂、人馬-船底臂、矩尺臂和盾牌-半人馬臂,通過對比,最新發布的銀河系全景圖要比2009年發布的銀河系全景圖要精確不少,最明顯的就是銀河系中心區域與外部的旋臂層次分明,這幅最精確的銀河系還非常具體的標明了太陽系位於倒數第二條主旋臂的外部邊緣地帶,回到了正題,這裡為何如此宜居呢?

從宇宙中觀測到的銀河系全景圖

從圖上來看,這裡是一片非常空曠的空間,這意味著什麼?意味著太陽系位於一個相對安全的區域,因為這裡的恆星數量少,發生碰撞的機率很低,科學雜誌還指出,這裡不僅恆星數量稀少,而且引力和宇宙輻射也剛剛好,如果太陽系再靠近去一點點或者遠離一點點這個區域,太陽系就不再適宜生命居住,因為引力和宇宙輻射都變大或者變小了,而且受到天體撞擊的概率更高,因此太陽系所在的位置是銀河系非常宜居的一個地帶。

銀河系模擬圖

那天文學家是用什麼方法去繪製出如此精確的銀河系全景圖呢?中國科學家鄭興武教授透露,研究團隊使用的是甚長基線幹涉技術,用這個技術可以精確地測量出銀河系中一些體積比較大的恆星距離和自行(所謂自行是指恆星於一年內所行經的距離對觀測者所的角度(橫向運動)),通過這些信息確認了銀河系的旋臂結構,太陽系位置和太陽系的公轉速度,同時也得到國際其他研究團隊的協助,最後科學家結合對銀河系紅外、一氧化碳和大量新天體的觀測分析,繪製出人類有史以來精確度最高的銀河系全景圖,而在這項偉大的科學壯舉中,也有中國人的一份功勞。

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