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银河系到底有几个盘
（2008年02月19日 00:07:47）
来源：中国国家天文
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□作者: 赵君亮亚
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一个典型的旋涡星系
根据近代天文学的观测研究，银河系是一个旋涡星系，总体结构大体上由银盘、核球、银晕和暗晕4个部分组成。除暗晕外，银河系的总质量约为1.4 ×1011太阳质量，其中以恒星形式出现的约占90%以上，而由气体和尘埃组成的各类星际物质不超过银河系总质量的10%，星际物质密度比较高的地方便形成星际云。据估计，银河系的年龄约为100亿年或更老。
银盘是银河系恒星分布的主体，外形呈轴对称和平面对称的扁平圆盘状，犹如运动场上的铁饼，直径约为8.2万光年。太阳到银河系中心的距离(银心距)约为2.6万光年，离银盘对称平面仅有20光年〜30光年。银盘厚度并不均匀，近中心处厚，边缘部分薄，除暗晕部分外，银河系总质量的85%〜90% 集中在银盘内。根据星系的哈勃分类法，银河系是一个Sb或Sc型的旋涡星系，这种旋涡结构表现为在银盘中存在若干条旋臂，它们是气体、尘埃和年轻恒星的集中分布区。旋臂的实际形状很复杂，有的地方会分叉，形成所谓支臂。
核球是银河系中恒星分布最密集的区域，大体上呈扁球状，长轴1.3万光年〜1.6万光年，厚1.3万光年。核球质量约占除暗晕外银河系质量的 5%，其中主要是一些老年天体，越接近中心，恒星的密集程度越高。核球中有一个很强的射电源人马座A，结构很复杂，至少含有5个子源，在射电辐射最强的2 个子源中有一个子源的直径为33光年，该子源中更有一个直径近5光年的亮核，这就是银核。天空中银核所在的位置就是银河系中心的方向。银核的质量约为几百万太阳质量，天文学家普遍认为那里很可能有一个超大质量黑洞，不过并没有处于剧烈活动期，所以银河系是一个普通星系，而不是活动星系。
银晕包围着银盘，这是一个由稀疏分布的恒星和星际物质组成的区域，大体上呈球形，直径在10万光年左右。尽管它的范围比银盘大得多，但因为物质分布的平均密度很低，质量大约只及银盘的10%。银晕物质主要表现为老年恒星和球状星团，还有很少量的气体。
在银晕之外有一个范围更大的物质分布区，这就是暗晕，又称银冕。通常认为暗晕的组成成分主要是暗物质，直径可能是银晕直径的10倍，质量可能高达银河系其他部分质量总和的10倍。不过，由于暗晕的主要成分是暗物质，目前尚不能直接观测到，它是根据一些实测结果间接地推测出来的，因而对于暗晕的大小、质量和性质都尚未有明确的定论。
银河系厚盘的发现
除暗晕外，银河系中的物质主要以恒星形式分布在银盘中，在银盘对称平面(银道面)附近，单位体积内的恒星数(恒星数密度)最高，随着离银道面距离(银面距)的增大，恒星数密度渐而降低。银盘范围内恒星数密度D随银面距z的变化规律D(z)，大体上可以用指数函数D(z)=D0e-z/h来表示，其中e=2.7182⋯⋯为自然对数底，D0是银道面上(z=0处)的恒星数密度，h称为标高。标高的含意是，银面距每增大h秒差距，恒星的数密度便减小到1/e。利用实测资料确定函数的具体形式(D0和h的值)，便成为研究银河系结构和恒星分布的主要内容之一。自赫歇尔时代以来，天文学家一直认为银盘中恒星只具有单一的指数分布结构——银盘，仅此而已。
1 9 8 3 年，两位英国天文学家吉尔莫(N.Gilmore)和莱德(G.Reid)经过详细的研究后首次明确提出，银盘中的恒星可以分属于薄盘和厚盘两种形态不同的结构。他们发现，恒星在垂直银道面方向上的分布需要用2个指数成分来表述：在银面距z≤1000秒差距范围内，银盘恒星可以用一个指数分布来描述，标高约为 300秒差距, 这就是薄盘，也就是原来意义上的银盘。另一方面，在银面距z=1000秒差距〜5000秒差距范围内的恒星主要属于第二个指数成分，标高约为1450秒差距, 称为厚盘。不过，构成薄盘和厚盘的恒星在空间分布上并不是截然分开的，而是互相套叠在一起，其间并没有任何使之一分为二的边界，这正是厚盘结构不容易发现的主要原因。在靠近银道面处，主要是薄盘恒星，如太阳附近区域内厚盘恒星仅占恒星总数的2%左右。由于薄盘恒星的标高比厚盘恒星小得多，随着银面距的增大，薄盘恒星的数密度迅速减小，因而在远离银道面的地方就以厚盘恒星为主了。
属于薄盘和厚盘的恒星，在物理学和运动学性质上有着明显的差异。厚盘恒星的年龄不小于80亿年，绝大部分大于100亿年，而薄盘恒星的年龄则普遍小于80亿年。在化学组成上，厚盘恒星中原子量比氢和氦重的所谓“金属元素”的相对含量(称为金属丰度)比较低，而薄盘恒星的金属丰度比较高。在运动学状态方面，与厚盘相比，薄盘恒星绕银心的转动速度比较大，但不同恒星之间在运动速度上的差异比较小，显得较为“步调一致”。
随着银河系厚盘的发现，原来关于银河系恒星分布的3成分(核球+银盘+银晕)模型，应代之以4成分(核球+薄盘+厚盘+银晕)模型。今天，银河系厚盘的存在，已经为天文界所普遍接受。不仅如此，在一些河外旋涡星系中也发现了存在厚盘的观测证据。因此，至少对一部分星系来说，厚盘很可能是星系结构中普遍存在的一种成分，它的形成和性质必然与星系演化过程密切相关。
在更为细致的研究中，人们又进一步把薄盘恒星区分为年轻薄盘和老年薄盘两种成分。其中，所谓“老年薄盘”就是原来意义上的薄盘，而属于年轻薄盘的恒星的空间分布更要“薄”一些，标高仅为100秒差距。构成老年薄盘的恒星主要是一些暗星，绝对星等M>4，而属于年轻薄盘的则大都是比较亮的恒星，M≤4，年龄小于30亿年。在太阳附近的薄盘恒星中，属于年轻薄盘的约占20%，而老年薄盘恒星则占了80%。
除了恒星外，银河系中还存在大量的气体尘埃物质，其中尘埃约占10%，密度高的地方便表现为各类星云。气体尘埃物质主要集聚在银道面附近，在空间分布上也呈现盘状结构，这就是气体盘。在讨论与银河系结构和演化有关的问题时，气那么，银河系总共有几个盘呢？就目前的认识来看，至少应该有4个，即厚盘、老年薄盘、年轻薄盘和气体盘，而其中前3个都是恒星盘。任何关于银河系形成和演化的理论研究(模型)，必须对此给出合理的解释。
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责任编辑:skylook
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