天文科普:太阳每年狂奔70亿千米,为何银河系的星星位置依旧?需耐心等待~
来源:时空通讯
发布时间:2021-11-19
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现在天文学界观测研究认为,银河系是一个直径约20万光年的大圆盘,这个圆盘是漩涡状,中间厚边缘薄,有点像一个体育场上竞技用的铁饼(下图)。

银河系简介

银河系有恒星约2000~4000亿颗,我们太阳是其中一颗黄矮星。黄矮星虽然不算大,但在整个银河系,有80%左右的是红矮星,红矮星是最小的恒星,比太阳小很多,因此太阳在银河系也算是有点份量的。

但最大的恒星质量有太阳的200多倍,在这样的恒星面前,太阳又是一个小老弟。

银河系这个大漩涡有两条大的悬臂,还有两条较小的支臂,太阳就在其中一条叫猎户座的支臂上,距离银河系中心约2.6万光年。

银河系并非一动不动,它就像一个水中的巨大漩涡,不停地旋转着,因此太阳也就随着银河系悬臂运动,围绕着银河系中心旋转,速度达到每秒钟约220千米,约2.5亿围绕着银河系转一圈(上图)。

如果这是在地球上,每秒钟220千米,就是个惊人的速度了。可在太空,在以万光年计的巨大系统中,这点速度就不算什么了。银河系不光是太阳,几乎所有的恒星都在运动,而且运动速度都在几十到数百公里每秒。

太阳并非只是自身在狂奔,而是拉扯着八大行星,以及拉七杂八的矮行星、卫星、小行星、以及各种碎块尘埃一起狂奔,我们地球当然在在其中,只不过太阳相对俺们看起来是静止的,就当局者迷而已(上图)。

一个小时3600秒,一年就是31557600秒,太阳不停围绕着银河系奔跑,一年就跑了约70亿千米了,那么我们每天看到天上的星星怎么好像没动呢?难道它们也跟着太阳一模一样的速度在奔跑吗?

我的回答是:是,但又不是

这是什么意思呢?就是我们看到的天上星星(恒星)整体上都在围绕着银心运动,这一点是毋庸置疑的,这就是“是”的意思;但这些恒星的运动速度并非和太阳一样,有的快,有的慢;而且不同的恒星运动方向并不完全一致,它们相对太阳,有的顺着走,有的横着走,有的迎面而来或远离而去,做视向运动。

既然是这样一个五花八门的运动,如果我们周围有这样一群人,也在这样的不规则运动,他们与我们的位置就不可能固定不变。但这些恒星位置怎么会不变呢?不但过了一年还是老样子,就是过了几千年,也还是老样子。

特别说一下:人眼看到夜空中的恒星,除了几个外星系光影,单颗恒星都是属于银河系恒星。

恒星与行星之分

夜空中,人的肉眼一般只能看到5颗行星,就是金星、木星、水星、火星、土星,其余的都是恒星。恒星是自己发光发热的天体,行星本身不发光,是依靠反射恒星光辐射才发光的。月亮也是行星类天体,只不过它围绕着地球公转,被划归卫星。

不动的只是恒星,而行星相互之间的位置每天都在变。人的一生,甚至千百年来,除了几颗会动的行星,其余繁星之间的位置看起来没什么变化,老祖宗才把这些星星叫恒星,区别于每天位置都在变的行星。

恒星位置不动,是指恒星之间位置关系看起来没什么变化,并不是不在天上移动。相对地球来说,恒星在天上的位置也每天都在移动。这是因为地球在自转,看起来所有恒星都在围绕着地球转动。

只有一颗星基本不动,那就是北极星。因为它在地球自转轴北极点的连线上空,地球就是围绕着这根看不见的自转轴自转的,人们把这个围绕着地球自转,像一个包裹着地球的巨大球体称为天球。

恒星在这个天球上虽然每天相对地球位置不同,但相互之间的位置似乎不变。比如,从古到今,北斗星都是一柄勺子的样子,而北极星一直为人类指引方向?难道它们都与太阳一样同等速度同等方向围绕着银河系狂奔?

其实道理很简单:它们距离我们太远了

我们平时都有过这样的生活经验:在走路或者乘车时,附近的景物相对我们会迅速变化移动,而很远处的山,或天上的月亮,就几乎不动。走了很久,它们与我们的关系似乎还是那个样子。所谓“月亮走,我也走”的歌词就是形容这种场景。

行星之所以每天相互位置都变化,是因为相对恒星来说,距离我们就太近了。距离我们最远的土星,平均距离也不到15亿千米,而能看到的行星都是围绕着太阳转,因此我们就可以看到它们每天相互位置都在变动;而恒星最近的都距离我们4.3光年,一光年尺度为9.46万亿千米,是土星距离的6300多倍。

所以恒星即便动了,相对于我们的距离占比也是极小的,肉眼就难以分辨。就像我们看1公里外的一个人,如果他1年内移动了半米,你能看出来吗?

太阳在银河系狂奔每年约70亿千米,看似很大距离,在太空尺度光年计算,也仅有1/1351光年。而我们肉眼看到天上的恒星,即便相对太阳作每秒100千米的运动,一年下来也就约32亿千米,只是约一光年的1/3000。

而我们看到的恒星都距离我们几十几百光年,最远的海山二有7500光年。

北斗七星为啥自古以来位置不变

北斗七星相互之间本来没什么关系,只是在空中视向位置被人类看到有点奇怪,就平生出许多故事而已。北斗七星每一颗与我们距离都不一样,最远的天枢星距离我们有124光年,最近的开阳星距离我们有78.2光年,而它们之间的距离甚至远远大于这个距离。

如果这七颗星按照每秒100千米的速度相互靠拢或分开,1年也就相当1/3000光年,2000年也就0.6光年,100光年距离靠近或离开了0.6光年,且又在100光年距离的位置看,肉眼是很难分辨的。

当然,用精密仪器是可以测出来的,但这种变化是很细微的。这就是几千年来,人们肉眼看到的北斗七星一直是老样子的原因。事实上,北斗七星之间的位置变化并没有这么大。

据天文学家们观测研究,天璇、摇光、玉衡都在向我们靠近,视向速度分别为每秒12、11、9.3千米。我们就拿天璇来计算一下,这颗星距离我们有79.4光年,如果每秒向我们靠近12千米,一年就是约3.8亿千米,1000年就是3787亿千米,约0.04光年,也就是1光年的4%。

这样相对天璇星与我们的距离79.4光年,1000年就相差了1/1985。这颗星与我们的距离近了1/1985,肉眼能够辨识吗?何况人类寿命只有几十年上百年,即便从你出生到暮年看了100年,这颗星与我们变化只有1/19850,看到的当然就没有变化了。

但时间久远,这些恒星的位置变化就明显了

比如北斗七星,根据它们之间位置的互动变化关系,科学家们通过电脑建模,得到了它们在10万年前和10万年后的位置关系:北斗七星在10万年前有点像一个箭头,现在像一个勺子状,再过10万年,就成了一个铲车前面的铲斗状了(见上图)。

科学家们还发现了一个编号为WISE J072003.20-084651.2的恒星系统,因为是天文学家肖尔茨发现的,又被命名为“肖尔茨星”。这是由两颗很小的红矮星组成的双星系统,距离我们约20光年。

其中主星质量约为木星的86倍,也就是太阳质量的0.083倍,不可思议的是,相伴的另一颗更小些。这种质量已经是恒星形成最小要求的质量,再小就无法成为恒星了,因此这两颗星很暗淡。

根据其运行轨迹,科学家们通过建模,惊异地发现,这个双星系统在7万年前曾经路过太阳系附近,最近时距离太阳仅有0.8光年。要知道太阳引力半径被认为约1光年,而在引力半径边缘有一个奥尔特云带,那里聚集着数以万亿计的彗星。

距离0.8光年,就是说曾经闯入过奥尔特云带。7万年前,正是人类老祖宗,晚期智人开始从非洲向世界各地大迁徙最活跃的时代,怎么没有引起重大灾难呢?科学家分析,可能由于这两颗恒星质量太小,而且又是很快掠过,毕竟还相差0.8光年,才没有对地球生物造成大的伤害吧。

如果这颗恒星稍大些,人类的种子或许早就被摧毁了,就没有我们坐在这里说三道四了。

实际上,所有天体都在与太阳互动

如距离我们最近恒星,只有4.22光年的比邻星就在向我们靠近。经过科学建模,大约在3000年后,比邻星距离我们就只有3光年了;而再过8万年,比邻星很可能要进入太阳系,与太阳形成一个双星系统。

再往远了说,银河系和仙女座星系由于双方巨大引力,正在以每秒约300千米速度靠拢,未来30~40亿年以内,就会撞在一起,那时候会是一个什么奇观呢?让我们拭目以待。

因此,不能说太阳一年跑了70亿千米,周围的星星没有变化,只能说这种变化很小很小,依靠我们肉眼短期内很难察觉而已。浩瀚的太空,尺度都以光年计,任何物体移动与光年比较都是很慢的。

但只要时间久远,这些位置变化就会被看出来。因此只要大家活的时间足够长,就可以看到星辰大海风起云涌不断变幻。让我们一起等下去吧,遥看北斗七星渐渐变成为一个铲斗状,等着太阳系变成一个双星系统,欣赏银河系与仙女座星系大碰撞的壮丽与绚烂(上图)。



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