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小編的世界 優質文選 宇宙

太陽每年狂奔70億千米,為何銀河系的星星位置依舊?


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2022年1月04日 -
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現在天文學界觀測研究認為,銀河系是一個直徑約20萬光年的大圓盤,這個圓盤是漩渦狀,中間厚邊緣薄,有點像一個體育場上競技用的鐵餅(下圖)。

銀河系簡介

銀河系有恒星約2000~4000億顆,我們太陽是其中一顆黃矮星。黃矮星雖然不算大,但在整個銀河系,有80%左右的是紅矮星,紅矮星是最小的恒星,比太陽小很多,因此太陽在銀河系也算是有點份量的。

但最大的恒星質量有太陽的200多倍,在這樣的恒星面前,太陽又是一個小老弟。

銀河系這個大漩渦有兩條大的懸臂,還有兩條較小的支臂,太陽就在其中一條叫獵戶座的支臂上,距離銀河系中心約2.6萬光年。

銀河系並非一動不動,它就像一個水中的巨大漩渦,不停地旋轉著,因此太陽也就隨著銀河系懸臂運動,圍繞著銀河系中心旋轉,速度達到每秒鐘約220千米,約2.5億年圍繞著銀河系轉一圈(上圖)。

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如果這是在地球上,每秒鐘220千米,就是個驚人的速度了。可在太空,在以萬光年計的巨大系統中,這點速度就不算什麼了。銀河系不光是太陽,幾乎所有的恒星都在運動,而且運動速度都在幾十到數百公裏每秒。

太陽並非只是自身在狂奔,而是拉扯著八大行星,以及拉七雜八的矮行星、衛星、小行星、以及各種碎塊塵埃一起狂奔,我們地球當然在在其中,只不過太陽相對俺們看起來是靜止的,就當局者迷而已(上圖)。

一個小時3600秒,一年就是31557600秒,太陽不停圍繞著銀河系奔跑,一年就跑了約70億千米了,那麼我們每天看到天上的星星怎麼好像沒動呢?難道它們也跟著太陽一模一樣的速度在奔跑嗎?

我的回答是:是,但又不是。

這是什麼意思呢?就是我們看到的天上星星(恒星)整體上都在圍繞著銀心運動,這一點是毋庸置疑的,這就是“是”的意思;但這些恒星的運動速度並非和太陽一樣,有的快,有的慢;而且不同的恒星運動方向並不完全一致,它們相對太陽,有的順著走,有的橫著走,有的迎面而來或遠離而去,做視向運動。

既然是這樣一個五花八門的運動,如果我們周圍有這樣一群人,也在這樣的不規則運動,他們與我們的位置就不可能固定不變。但這些恒星位置怎麼會不變呢?不但過了一年還是老樣子,就是過了幾千年,也還是老樣子。

特別說一下:人眼看到夜空中的恒星,除了幾個外星系光影,單顆恒星都是屬於銀河系恒星。

恒星與行星之分

夜空中,人的肉眼一般只能看到5顆行星,就是金星、木星、水星、火星、土星,其餘的都是恒星。恒星是自己發光發熱的天體,行星本身不發光,是依靠反射恒星光輻射才發光的。月亮也是行星類天體,只不過它圍繞著地球公轉,被劃歸衛星。

不動的只是恒星,而行星相互之間的位置每天都在變。人的一生,甚至千百年來,除了幾顆會動的行星,其餘繁星之間的位置看起來沒什麼變化,老祖宗才把這些星星叫恒星,區別於每天位置都在變的行星。

恒星位置不動,是指恒星之間位置關系看起來沒什麼變化,並不是不在天上移動。相對地球來說,恒星在天上的位置也每天都在移動。這是因為地球在自轉,看起來所有恒星都在圍繞著地球轉動。

只有一顆星基本不動,那就是北極星。因為它在地球自轉軸北極點的連線上空,地球就是圍繞著這根看不見的自轉軸自轉的,人們把這個圍繞著地球自轉,像一個包裹著地球的巨大球體稱為天球。

恒星在這個天球上雖然每天相對地球位置不同,但相互之間的位置似乎不變。比如,從古到今,北鬥星都是一柄勺子的樣子,而北極星一直為人類指引方向?難道它們都與太陽一樣同等速度同等方向圍繞著銀河系狂奔?

其實道理很簡單:它們距離我們太遠了

我們平時都有過這樣的生活經驗:在走路或者乘車時,附近的景物相對我們會迅速變化移動,而很遠處的山,或天上的月亮,就幾乎不動。走了很久,它們與我們的關系似乎還是那個樣子。所謂“月亮走,我也走”的歌詞就是形容這種場景。

行星之所以每天相互位置都變化,是因為相對恒星來說,距離我們就太近了。距離我們最遠的土星,平均距離也不到15億千米,而能看到的行星都是圍繞著太陽轉,因此我們就可以看到它們每天相互位置都在變動;而恒星最近的都距離我們4.3光年,一光年尺度為9.46萬億千米,是土星距離的6300多倍。

所以恒星即便動了,相對於我們的距離占比也是極小的,肉眼就難以分辨。就像我們看1公裏外的一個人,如果他1年內移動了半米,你能看出來嗎?

太陽在銀河系狂奔每年約70億千米,看似很大距離,在太空尺度光年計算,也僅有1/1351光年。而我們肉眼看到天上的恒星,即便相對太陽作每秒100千米的運動,一年下來也就約32億千米,只是約一光年的1/3000。

而我們看到的恒星都距離我們幾十幾百光年,最遠的海山二有7500光年。

北鬥七星為啥自古以來位置不變

北鬥七星相互之間本來沒什麼關系,只是在空中視向位置被人類看到有點奇怪,就平生出許多故事而已。北鬥七星每一顆與我們距離都不一樣,最遠的天樞星距離我們有124光年,最近的開陽星距離我們有78.2光年,而它們之間的距離甚至遠遠大於這個距離。

如果這七顆星按照每秒100千米的速度相互靠攏或分開,1年也就相當1/3000光年,2000年也就0.6光年,100光年距離靠近或離開了0.6光年,且又在100光年距離的位置看,肉眼是很難分辨的。

當然,用精密儀器是可以測出來的,但這種變化是很細微的。這就是幾千年來,人們肉眼看到的北鬥七星一直是老樣子的原因。事實上,北鬥七星之間的位置變化並沒有這麼大。

據天文學家們觀測研究,天璿、搖光、玉衡都在向我們靠近,視向速度分別為每秒12、11、9.3千米。我們就拿天璿來計算一下,這顆星距離我們有79.4光年,如果每秒向我們靠近12千米,一年就是約3.8億千米,1000年就是3787億千米,約0.04光年,也就是1光年的4%。

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這樣相對天璿星與我們的距離79.4光年,1000年就相差了1/1985。這顆星與我們的距離近了1/1985,肉眼能夠辨識嗎?何況人類壽命只有幾十年上百年,即便從你出生到暮年看了100年,這顆星與我們變化只有1/19850,看到的當然就沒有變化了。

但時間久遠,這些恒星的位置變化就明顯了

比如北鬥七星,根據它們之間位置的互動變化關系,科學家們通過電腦建模,得到了它們在10萬年前和10萬年後的位置關系:北鬥七星在10萬年前有點像一個箭頭,現在像一個勺子狀,再過10萬年,就成了一個鏟車前面的鏟鬥狀了(見上圖)。

科學家們還發現了一個編號為WISE J072003.20-084651.2的恒星系統,因為是天文學家肖爾茨發現的,又被命名為“肖爾茨星”。這是由兩顆很小的紅矮星組成的雙星系統,距離我們約20光年。

其中主星質量約為木星的86倍,也就是太陽質量的0.083倍,不可思議的是,相伴的另一顆更小些。這種質量已經是恒星形成最小要求的質量,再小就無法成為恒星了,因此這兩顆星很暗淡。

根據其運行軌跡,科學家們通過建模,驚異地發現,這個雙星系統在7萬年前曾經路過太陽系附近,最近時距離太陽僅有0.8光年。要知道太陽引力半徑被認為約1光年,而在引力半徑邊緣有一個奧爾特雲帶,那裏聚集著數以萬億計的彗星。

距離0.8光年,就是說曾經闖入過奧爾特雲帶。7萬年前,正是人類老祖宗,晚期智人開始從非洲向世界各地大遷徙最活躍的時代,怎麼沒有引起重大災難呢?科學家分析,可能由於這兩顆恒星質量太小,而且又是很快掠過,畢竟還相差0.8光年,才沒有對地球生物造成大的傷害吧。

如果這顆恒星稍大些,人類的種子或許早就被摧毀了,就沒有我們坐在這裏說三道四了。

實際上,所有天體都在與太陽互動

如距離我們最近恒星,只有4.22光年的比鄰星就在向我們靠近。經過科學建模,大約在3000年後,比鄰星距離我們就只有3光年了;而再過8萬年,比鄰星很可能要進入太陽系,與太陽形成一個雙星系統。

再往遠了說,銀河系和仙女座星系由於雙方巨大引力,正在以每秒約300千米速度靠攏,未來30~40億年以內,就會撞在一起,那時候會是一個什麼奇觀呢?讓我們拭目以待。

因此,不能說太陽一年跑了70億千米,周圍的星星沒有變化,只能說這種變化很小很小,依靠我們肉眼短期內很難察覺而已。浩瀚的太空,尺度都以光年計,任何物體移動與光年比較都是很慢的。

但只要時間久遠,這些位置變化就會被看出來。因此只要大家活的時間足夠長,就可以看到星辰大海風起雲湧不斷變幻。讓我們一起等下去吧,遙看北鬥七星漸漸變成為一個鏟鬥狀,等著太陽系變成一個雙星系統,欣賞銀河系與仙女座星系大碰撞的壯麗與絢爛(上圖)。