在这个浩瀚的宇宙中,人们很容易感到渺小和微不足道,仿佛我们的星球、我们的恒星、我们的天体邻域没有什么特别之处。毕竟,太阳只是银河系中数千亿颗恒星中的一颗。我们有什么值得炫耀的呢?
然而,了解内情的的天文学家早就意识到我们的星系是特殊的。悉尼大学的天文学家乔斯·布兰德-霍桑说,仅就大小而言,它就“位居所有星系的前百分之一”,他曾帮助为2016年《天文学和天体物理学年评》上的一篇文章汇编了星系的重要统计数据。他估计银河系的质量是太阳的1.0万亿到1.6万亿倍,比绝大多数同类星系重10倍到一百万倍以上,并且亮度也大大超过它们。
然而,这种辉煌并不明显。通过望远镜观察,您看到的大多数星系的大小、亮度和质量都与我们的星系相当。著名的星系,如仙女座星系和漩涡星系就是很好的例子。
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但这仅仅是因为这些著名的星系发出的光与我们自己的星系大致相同,这使得它们即使跨越遥远的距离也很容易看到。这造成了一种银河系是普通的印象,而实际上它是一个庞然大物。通过罕见的巨星来评判星系,就像通过报纸头版上的名人来评估人一样。对于人和星系来说,您可能会通过查看您最近的邻居来获得更具代表性的样本。
附近的新星系
为了了解银河系如何融入广泛的星系光谱,天文学家必须调查所有类型的星系,从明亮的到昏暗的。通过观察离我们最近的星系最容易实现这一点,在那里我们可以探测到最暗淡和最微弱的星系。近年来,这种搜索使得附近已知星系的數量呈爆炸式增长。
早在1938年,当哈佛大学天文学家哈洛·沙普利无意中迈出了推翻银河系是普通星系这一概念的第一步时,我们对银河系邻居的更清晰的认识开始出现。在观察南天星座玉夫座的照相底片时,他注意到一个模糊的污点。他认为这只是指纹或其他缺陷——直到第二张同一星座的照相底片显示了相同的污点。不久之后,他发现在邻近的天炉座星座中又有一个污点。
玉夫座和天炉座的污点是新型星系:幽灵般的星系,天文学家现在称之为矮椭球星系。它们昏暗而弥散,恒星彼此分散,并非通过望远镜就能轻易被发现。两者都是我们最近的星系邻居——事实上,它们非常近,以至于它们像卫星绕行星一样绕银河系运行,使它们成为我们自己的卫星星系。玉夫座矮椭球星系距离地球28万光年,天炉座矮椭球星系距离地球45.5万光年。而且它们很暗淡。银河系发出的光是太阳的300亿倍,而玉夫座仅产生180万个太阳光度,天炉座仅产生1900万个太阳光度。
在沙普利发现之后的几十年里,天文学家发现了更多围绕银河系旋转的矮椭球星系。随着技术的进步,新发现的星系越来越飘渺,越来越不显眼。1990年在六分仪座中标记出的一个矮椭球星系是如此不起眼的星系,以至于需要计算机才能发现它。剑桥大学的天文学家迈克·欧文说,如果没有计算机,“六分仪座绝对不可能被发现”。“肉眼几乎不可能找到它。”计算机在照相底片上检测到恒星的微小集中。所有恒星都以相同的速度行进,并且出现在相同的距离,表明它们属于同一个昏暗的星系,距离地球31万光年。
六分仪座矮椭球星系是发现的第10个绕银河系运行的星系。因此,到1990年,我们的星系成为了一个帝国的中心,该帝国包括11个已知星系:它自身、八个矮椭球星系以及两个更大更亮的卫星星系,即大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。
超暗淡星系的崛起
2005年,在对大片天空进行搜索后,发现了一种新型星系,天文学家称之为超暗淡矮星系,甚至比矮椭球星系更小更暗淡,之后,已知银河系卫星星系的數量开始飙升。加州帕萨迪纳市卡内基天文台的天文学家乔什·西蒙在2019年《天文学和天体物理学年评》中写道,加入超暗淡系统后,所有已知银河系卫星星系的數量增加到50多个。大多数是超暗淡矮星系;所有星系都比银河系暗淡。去年,西蒙做出了一个令人惊讶的发现,表明还有更多卫星星系等待被探测到。
西蒙在绘制超暗淡星系绕银河系运行的轨道位置后得出了这个结论。正如每颗行星都以椭圆轨道绕太阳旋转一样,每个银河系卫星也以椭圆轨道绕银河系中心旋转。正如引力导致行星在最靠近太阳时移动速度最快一样,卫星星系在最靠近银河系时加速,并在最远时减速。因此,在任何给定时间,大多数卫星星系都应该徘徊在其轨道的最远点附近。
但西蒙发现了一些不同的东西——他分析的17个超暗淡矮星系卫星中的大多数都靠近其近点。他说,最自然的解释是,科学家们只看到了数量更大的超暗淡矮星系中的一小部分,其中大多数星系都位于其轨道远点。但西蒙认为,由于这些额外的星系更远且更难看到,因此迄今为止尚未被发现。
剑桥大学的天文学家瓦西里·别洛库罗夫说:“我认为在未来10年左右,[卫星]星系的數量将大幅增加”,他的团队已经发现了许多新星系。他怀疑银河系总共有大约200个卫星星系;即使是最保守的估计也认为数量为100个。西蒙说,这使得银河系更加成为星系中的佼佼者,位居前1%。所有星系中,完全有99%的星系会更小、更暗淡、质量更小——这使得我们的银河家园从任何给星系评分的宇宙老师那里获得A+。如果卫星总数高达200个,我们将位居前0.5%。
简而言之,我们居住的星系比宇宙中大多数其他星系更大、更亮、质量更大。而且,如果宇宙中存在其他生命形式,那么它们也很可能居住在这样的星系中。这是因为宇宙中拥挤的小星系拥有的恒星太少;我们自己的星系拥有的恒星比所有围绕它旋转的星系加起来还要多。因此,就纯粹的数量而言,如果每颗恒星都恰好有一颗与地球完全相同且充满生命的行星,那么宇宙中大多数生物都很可能居住在一个远高于平均水平的星系中。
因此,下次您乘坐全新的银河飞船在星系际空间中疾驰时——仅仅是星际飞船已经太二十三世纪了——您可以向您在银河系之外遇到的任何外星人吹嘘您来自一个庞大的星系。但他们很可能也会如此。
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