本 銀 河 系 (The Milky Way)
我 們 身 在 本 銀 河 系 的 盤 面 ， 而 銀 河 (天 河) 就 是 我 們 往 本 銀 河 中 心 方 向 所 看 到 的 景 象， 銀 河 盤 面 滿 佈 塵 埃 ， 可 見 光 波 段 的 視 野 備 受 侷 限 。 以 下 為 本 銀 河 系 的 一 些 主 要 性 質 ：
包 含 有 銀 河 系 中 絕 大 部 分 的 星 際 塵 埃 與 氣 體 ， 還 有 游 離 的 氣 體 等 ， 其 中 包 括 有 ：
約 10-100 顆 恆 星 一 起 移 動 ， 其 中 有 許 多 是 O, B型 亮 星 ， 為 不 穩 定 的 小 星 團 ， 最 後 這 些 星 都 將 彼 此 分 開 。
主 要 是 年 輕 的 星 ， 約 100-1000恆 星 ， 穩 定 的 聚 在 一 起 。
包 含 相 當 多 年 輕 的 熱 星 ， 核 心 部 分 的 恆 星 相 當 擁 擠 造 成 星 際 塵 埃 的 增 溫 產 生 ， 有 很 強 的 紅 外 線 輻 射 。 核 心 部 分 恆 星 間 的 距 離 約 800AU， 星 系 中 恆 星 之 間 的 平 均 距 離 約 5 光 年 。
包 含 著 較 冷 、 低 發 光 強 度 屬 於 低 主 序 星 的 恆 星 ， 還 有 巨 星 ， 最 主 要 是 包 含 有 非 常 穩 定 的 球 狀 星 團 (約 10000-1,000,000個 恆 星 )， 這 些 球 狀 星 團 的 年 齡 是 與 銀 河 系 同 壽 。 例 如 ： Tucana 47。
銀 河 質 量 (太 陽 質 量 為 單 位 ) = [軌 道 長 (A.U.)]3/[週 期 (年 )]2
可 知 太 陽 所 在 位 置 以 內 的 本 銀 河 系 ， 所 含 的 質 量 最 少 有 2 * 1011太 陽 質 量 。
利 用 銀 河 盤 面 旋 轉 曲 線， 我 們 可 估 計 ， 本 銀 河 系 40 kpc 半 徑 以 內 的 質 量 約 有 6 * 1011太 陽 質 量 。 因 為 發 光 星 體 的 半 徑 大 約 終 止 在 15 kpc， 所 以 顯 然 本 銀 河 物 質 的 沿 伸 範 圍 ， 遠 大 於 發 光 或 可 見 的 物 質 所 標 出 的 區 域 。
其 他 黑 暗 物 質 (不 發 光 物 質， dark matter) 的 本 質 是 什 麼 ? 目 前 尚 未 有 定 論 。
如 何 得 知 我 們 所 處 的 銀 河 系 的 形 狀 呢 ？ 是 否 有 漩 渦 臂 ？
我 們 可 利 用
密 度 波 ->恆 星 誕 生 ->顯 現 漩 渦 臂
銀 河 自 轉 速 度 高 於 密 度 波 ， 密 度 波 的 後 方 物 質 堆 積 ， 觸 發 恆 星 形 成 而 顯 現 出 漩 臂 結 構 。 此 一 模 型 與 施 工 路 段 附 近 的 行 車 狀 態 類 似 。
恆 星 誕 生 ->密 度 波 ->顯 現 漩 渦 臂
與 人 類 考 古 學 一 樣 ， 利 用 化 石 來 追 溯 人 類 的 生 命 史 ， 天 文 學 家 是 利 用 銀 河 系 的 化 石 — 銀 暈 上 的 球 狀 星 團 ， 來 探 討 銀 河 系 的 起 源 。 球 狀 星 團 繞 銀 核 運 轉 ， 其 軌 道 為 橢 圓 狀 。
我 們 知 道 核 子 的 合 成 (Nucleosynthesis) 是 在 星 球 內 部 的 核 融 合 中 ， 將 氫 融 合 成 氦 、 碳、 氧、 鎳、 鐵 等 元 素 ； 比 鐵 重 的 元 素 如 金 、銀 、碘 ， 是 在 超 新 星 爆 炸 中 產 生 的 。
所 以 ， 族 群 II是 銀 河 系 早 期 (古 生 代 )的 產 物 ， 而 族 群 I是 銀 河 系 近 代 (新 生 代) 的 產 物 ， 也 就 是 在 超 新 星 爆 炸 之 後 的 產 物 。
現 在 可 見 的 宇 宙 ， 可 能 只 是 全 宇 宙 的 十 分 之 一 。 現 在 可 見 的 星 系 數 目 約 在 一 百 億 附 近 ， 依 它 們 的 外 觀 大 致 可 分 為 以 下 幾 類 (參 考 哈 柏 音 叉 圖 (Hubble's tuningfork diagram))
註 ： 音 叉 圖 只 是 星 系 型 態 歸 類 的 方 式 ，絕 對 不 代 表 他 們 之 間 的 演 化 歷 程。
目 前 最 流 行 的 的 想 法 是 ： 星 系 的 演 化 由 星 系 的 碰 撞 與 相 互 吞 食 所 主 控 。
其 概 念 如 下 ：
目 前 我 們 所 觀 測 到 的 星 系 分 佈 情 形 ， 除 了 星 系 群 、 超 星 系 團 之 外 ， 尚 可 觀 測 到 宇 宙 更 大 尺 度 的 結 構 (the large scale structure of universe)， 其 中 包 含 有 所 謂 的 長 城 (Great Wall)與 空 洞 (Void)。
因 此 ， 宇 宙 的 結 構 是 與 海 綿 的 結 構 相 似， 星 系 的 分 佈 形 成 "宇 宙 海 棉 體" 的 壁 ， 而 在 空 洞 處 ， 幾 乎 無 星 系 的 存 在 。
測 量 鄰 近 (50 Kpc 以 內) 星 系 的 旋 轉 速 率 曲 線 ， 可 以 求 得 星 系 的 質 量 ， 結 果 與 本 銀 系 類 似 ， 可 見 物 質 約 佔 總 質 量 的 10% ， 而 有 90% 為 不 發 光 的 暗 物 質 。 遙 遠 星 系 的 質 量 可 以 用 Tulley-Fisher 關 係 求 得 。
常 見 星 系 的 質 量
1977 年 ， 天 文 學 家 Tulley 與 Fisher 發 現 漩 渦 星 系 的 氫 21 公 分 線 ， 因 星 系 自 轉 而 有 杜 卜 勒 加 寬 。 由 譜 線 加 寬 的 程 度 ， 可 以 找 出 譜 線 的 位 移 量 Δλ， 並 求 出 星 系 的 漩 渦 臂 在 視 線 方 向 的 速 度 Vr，
Δλ/λo = Vr/c = Vsin i/c
i 為 觀 測 者 視 線 與 星 系 盤 面 法 線 的 夾 角 ， 由 此 可 以 推 出 漩 渦 星 系 的 旋 轉 速 率 ， 而 高 旋 轉 速 率 對 應 短 自 轉 週 期 。 由 克 卜 勒 定 律 ， 可 以 知 道 自 轉 週 期 愈 短 的 星 系 ， 具 有 愈 高 的 質 量 。 Tulley 與 Fisher 發 現 ， (很 自 然 的 ， 不 是 嗎 ？) 漩 渦 星 系 的 亮 度 (絕 對 亮 度 、 光 度) 與 自 轉 速 率 成 正 比 ， 現 在 稱 為 Tulley-Fisher 關 係。
Tulley-Fisher 關 係 告 訴 天 文 學 家 ， 想 知 道 漩 渦 星 系 的 光 度 ， 只 要 去 量 它 的 旋 轉 速 率 。 當 光 度 知 道 了 ， 可 以 用 距 離 模 數 的 關 係 式 找 出 漩 渦 星 系 的 距 離 。 以 Tulley-Fisher 關 係 找 出 的 距 離 與 I 型 超 新 星 的 距 離 指 標 同 一 級 。
幾 乎 所 有 星 系 相 對 於 本 銀 河 系 都 是 遠 離 的 ， 其 遠 離 的 徑 向 速 度 可 用 都 卜 勒 效 應 來 測 量 星 系 的 紅 位 移 ， 進 而 找 出 星 系 遠 離 的 速 度 。
1929年 Edwin Hubble得 到 遠 離 徑 向 速 度 與 星 系 距 離 的 關 係 （ 哈 柏 定 律 ）
v = H * d
d 是 以 百 萬 秒 差 距 (Mpc) 為 單 位 表 星 系 與 本 銀 河 系 的 距 離 ， H 是 哈 柏 常 數 。 哈 柏 常 數 最 常 引 用 的 值 是 75 km/sec/Mpc。
哈 柏 定 律 告 訴 我 們 星 系 是 相 互 遠 離 的 ， 也 就 是 宇 宙 是 膨 脹 的 。 哈 柏 定 律 同 時 也 是 一 個 很 重 要 的 距 離 指 標 ， 量 得 星 系 的 遠 離 速 度 ， 透 過 哈 柏 定 律 可 以 知 道 星 系 的 距 離 。
正 常 星 系 (如 本 銀 河 系) 可 見 光 波 段 的 輻 射 約 為 1037瓦 ， 相 當 於 二 百 億 個 太 陽 的 輻 射 量 ，無 線 電 波 段 的 輻 射 約 為 1031瓦 。 活 耀 星 系 可 見 光 波 段 的 輻 射 約 為 1031瓦， 但 無 線 電 波 段 的 輻 射 可 高 達 1042瓦。
最近更新日期：一九九六年十二月四日
蘇漢宗(htsu@mail.ncku.edu.tw)
許瑞榮(rrhsu@mail.ncku.edu.tw)
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台南市成功大學 物理系
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