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为什么太阳系银河系都是扁平漩涡状?整个宇宙是一个更大漩涡吗?

2020-01-17 00:14暂无阅读:1517评论:0

中学地理课上我们会学到一个名词,叫做黄道面,这是地球环绕太阳公转时形成的一个平面。尽管地球形成的公转平面才叫黄道面,但太阳系所有行星都大致在这个盘面附近围绕太阳公转!当然还有一个名词叫做银道面,是大量环绕银心公转的恒星形成的银盘面,与太阳系的黄道面是一个虚拟的平面不一样,应道面是客观存在的,因为大量的恒星形成了一个切切实实的盘面!

为什么太阳系或者更大的银河系和仙女星系,都是这种扁平漩涡状,宇宙就是由这样的星系构成的吗,或者在更大的尺度上会有更大的漩涡出现吗?

从太阳系和银河系的诞生说起

太阳系诞生于一片星云,这个说法最早是德国哲学家康德提出来的,几十年后法国物理学家、数学家拉普拉斯独立提出了这一假说,因此又称康德-拉普拉斯星云说!尽管早期这些都是猜测,但事实上现代天文非常认可这个说法!

形成过程中的原始行星盘

当然这并非虚言,因为在金牛座和猎户座的星云中,都观测到了大量正在形成中的行星积盘!这些行星积盘已经通过早期的不稳定坍缩,还有可能经历了内部分裂,最终形成了正在诞生恒星和行星星云积盘,在这个过程中,非常关键的有几个因素,首先是不稳定扰动引起坍缩,其次是坍缩区域分裂或者独立收缩,然后是星云因为角动量扁平化!

恒星和行星的诞生过程

行星诞生于扁平化的星云积盘中,所以行星公转平面和黄道面角度相差并不大,将太阳系所有行星的过道画出来的话,它就是一个大环套小环的形状!

八大行星的公转轨道

银河系是怎么诞生的?

尽管伽利略在16世纪就发明了望远镜,但对银河系的认识却道二十世初期才有突飞猛进的认识,而对于银河系的诞生和演化更是一头雾水,1962年三位科学家提出了一个ELS模型,他们认为银河系诞生过程和太阳系类似,也是诞生于一块巨大的星云!

似乎一切都很完美,因为这个假说完美解决了银河系的角动量,但仍然存在非常严重的问题,比如太阳系中越靠近恒星的行星个头反而小,而越靠近边缘处则行星越稀少,但银河系似乎并没有遵循这个道理,银盘边缘仍然存在大量的恒星,所以这个ELS模型无法解释这种情况。

1977年有两位科学提出了不同于ELS模型的另一个模型,这个取用两位科学首字母命名的SZ模型的核心思想是:银河系是碰撞与捕获过程中渐渐成长的,但当时没有观测手段验证,因此长期得到冷落,一直到1990年代后发现的人马座椭球星系被银河系撕扯成长条状,这个碰撞捕获的银河系成因说才被实锤!

星系的演化与发展

星系大都是自转的,因为星系中心存在质量非常庞大的巨型黑洞,因此星系中的恒星会沿着测地线运动,所以自转形成也是非常自然的事情,但由于星系体积庞大,质量分散,因此这种运动是非常松散的,而且还有形成过程中的吞噬或形成时间先后上的不一致,星系的发展大致有如下几种形状:

哈勃音叉(哈勃序列)

这是天文学家哈勃在1926年提出的星系形态分类法,因为这个图标形状非常像音叉,所以又被称为哈勃音叉!一般的星系被分为:

椭圆星系螺旋星系透镜星系不规则星系

在这些星系中椭圆星系的运动并不是以自转为主,只有少许不规则运动,这类星系内部星云物质很少,几乎难有年轻恒星,比如去年刚拍下中心黑洞照片的M87就是一个椭圆星系!螺旋星系则以自转运动为主,比如银河系和仙女星系都是,透镜星系则介于椭圆星系和螺旋星系之间。

星系合并

另外则是不规则星系,大都是合并中的星系或者是矮星系,当然不规则星系也不会一直都不规则,它未来可能形成规则的椭圆星系或者漩涡星系,但未来的发展我们很难预料!另外一些不规则的爱星系如大小麦哲伦星系,它们的自转很像一枚指纹,这是星系内部质量分布不均造成的!

大麦哲伦星系的“指纹”自转

但它仍然是自转的,这是质量分散导致的不规则自转而已。

大尺度上宇宙的结构

我们了解了星系的运动方式,比如在IC1011这种超级星系中,几乎就只剩下了不规则运动,那么可想而知,比星系尺度更大的星系团和超星系团的运动方式就更加不规则了!至少可以肯定银河系不是绕着谁公转的,但恰恰相反,宇宙在更大尺度上的运动非常有意思,比如从银河系开始,到更大的本星系群,再到室女座超星系团,再到拉尼亚凯亚超星系团,再是双鱼-鲸鱼座超星系团复合体,它们的范围高达数亿光年,整体形状排布非常有意思:

宇宙在更大尺度上表现的就是这种丝状结构

像是一条流淌的星河,银河系只在一个丝状的分支上!但更大尺度上星系的分布基本又是均匀的,这也是宇宙各向同性的切实体现,但这并不影响局部形成星系和恒星,这宇宙真是恰到好处!

大尺度上的网状结构

所以宇宙是更多的像一个错综复杂的网,而不是环套环,即使它是由环套环的星系构成也不影响它在更大尺度上构成丝网状!