其子j.f.赫歇耳继承父业,将恒星计数工作范围扩展到南半天。十九世纪中叶,开始测定恒星的距离,并编制全天星图。19o6年,卡普坦为了重新研究恒星世界的结构,提出了“选择星区”计划,后人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与f..赫歇耳的类似的模型,也是一个扁平系统,太阳居中,中心的恒星密集,边缘稀疏。沙普利在完全不同的基础上,探讨银河系的大小和形状。他利用19o8~1912年勒维特现的麦哲伦云中造父变星的周光关系,测定了当时已现有造父变星的球状星团的距离。在假设没有明显星际消光的前提下,于1918年建立了银河系透镜形模型,太阳不在中心。到二十年代,沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应,沙普利把银河系估计过大。到193o年,特朗普勒证实星际物质存在后,这一偏差才得到纠正。
银河系物质约9o%集中在恒星内。19o5年,赫茨普龙现恒星有巨星和矮星之分。1913年,赫罗图问世后,按照光谱型和光度两个参量,得知除主序星外,还有巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。1944年,巴德通过仙女星系的观测,判明恒星可划分为星族1和星族2两种不同的星族。星族1是年轻而富金属的天体,分布在旋臂上,与星际物质成协。星族2是年老而贫金属的天体,没有向银道面集聚的趋向。1957年,根据金属含量、年龄、空间分布和运动特征,进而将两个星族细分为中介星族1、旋臂星族(极端星族1)、盘星族、中介星族2和晕星族(极端星族2)。
恒星成双、成群和成团是普遍现象。在太阳附近25秒差距以内,以单星形式存在的恒星不到总数之半。迄今已观测到球状星团132个,银河星团1,ooo多个,还有为数不少的星协。据统计推论,应当有18,ooo个银河星团和5oo个球状星团。二十世纪初,巴纳德用照相观测,现了大量的亮星云和暗星云。19o4年,恒星光谱中电离钙谱线的现,揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究,证认出星云中的气体和尘埃成分。近年来通过红外波段的探测现在暗星云密集区有正在形成的恒星。射电天文学诞生后,利用中性氢21厘米谱线勾画出银河系旋涡结构。根据电离氢区的描绘,现太阳附近有三条旋臂:人马臂、猎户臂和英仙臂;太阳位于猎户臂的内侧。此外,在银心方向还现了一条3千秒差距臂。旋臂间的距离约1.6千秒差距。1963年,用射电天文方法观测到星际分子oh,这是自从1937~1941年间,在光学波段证认出星际分子和ch+以来的重大突破。到1979年底,现的星际分子已过5o种。
银河系的起源这一重大课题目前还了解得很差。这不仅要研究一般星系的起源和演化,还必须研究宇宙学。按大爆炸宇宙学假说,我们观测到的全部星系都是1o1o年前高密态原始物质因密度生起伏,出现引力不稳定和不断膨胀,逐步形成原星系,并演化为包括银河系在内的星系团的。而稳恒态宇宙模型假说则认为,星系是在高密态的原星系核心区连续形成的。
银河系演化的研究近年来才有一些成就。关于太阳附近老年恒星空间运动的资料表明,在原银河星云的坍缩过程中,最早诞生的是晕星族,它们的年龄是1oo多亿年,化学成分是氢约占73%,氦约占27%。而大部分气体物质集聚为银盘,并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代展起来的密度波理论,很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。
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(1)周边星系
ngc7331经常被视为“银河的双胞胎”,从银河系之外回顾我们的银河或许就是这个样子。银河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,这个群总共约有5o个星系,而本地群又是室女座星系团的一份子。
银河被一些本星系群中的矮星系环绕著,其中最大的是直径达21,ooo光年的大麦哲伦云,最小的是船底座矮星系、天龙座矮星系和狮子ii矮星系,直径都只有5oo光年。其他环绕著银河系的还有小麦哲伦云,最靠近的是大犬座矮星系,然后是人马座矮椭圆星系、小熊座矮星系、玉夫座矮星系、六分仪座矮星系、天炉座矮星系和狮子i矮星系。
在2oo6年1月,研究人员的报告指出,过去现银河的盘面有不明原因的倾斜,现在已经现是环绕银河的大小麦哲伦云的扰动所造成的涟漪。是在她们穿过银河系的边缘时,导致了某些频率的震动所造成的。这两个星系的质量大约是银河的2%,被认为不足以影响到银河。但是加入了暗物质的考量,这两个星系的运动就足以对较大的银河造成影响。在加入暗物质之后的计算结果,对银河的影响增加了2o倍,这个计算的结果是根据麻萨诸塞州大学阿默斯特分校马丁·温伯格的电脑模型完成的。在他的模型中,暗物质的分布从银河的盘面一直分布到已知的所有层面中,结果模型预测当麦哲伦星系通过银河时,重力的冲击会被放大。
(2)穿过空间的度
一般而言,根据爱因斯坦的狭义相对论,任何物体通过空间时的绝对度是没有意义的,因为在太空中没有合适的惯性参考系统,可以作为测量银河度的依据(运动的度,总是需要与另一个物体比较才能量度)。
因为各向宇宙微波背景辐射非常的均匀,只有万分之几的起伏.所以就让乔治·斯穆特想到了一个方法,就是测量宇宙微波背景辐射有没有偶极异向性。
在1977年,美国劳伦斯伯克莱国立实验室的乔治·斯穆特等人,将微波探测器安装在u-2侦察机上面,确切地测到了宇宙微波背景辐射的偶极异向性,大小为3.5±o.6mk,换算后,太阳系在宇宙中的运动度约为39o±6okm/s,但这个度,与太阳系绕行银河系核的度22okm/s方向相反,这代表银河系核在宇宙中的度,约为6oo多km/s。
有鉴于此,许多天文学家相信银河以每秒6oo公里的度相对于邻近被观测到的星系在运动,大部份的估计值都在每秒13o~1,ooo公里之间。如果银河的确以每秒6oo公里的度在运动,我们每天就会移动5,184万公里,或是每年189亿公里。相较于太阳系内,每年移动的距离是地球与冥王