揭开银河系神秘面纱（上篇）

　　揭开银河系神秘面纱（上篇）
　　（清风科普于2021年04月24日）
　　知道了太阳方方面面特征，就等于认识了银河系数千亿颗恒星的基本特征；知道了银河系形形色色属性，就等于认识了数万亿个河外星系的基本属性。
　　[仰视夏夜星空，用肉眼可见繁星闪闪的银河系]
　　01. 银河系概述：
　　银河系（Milky Way galaxy），是漩涡状棒旋星系。银河系拥有四条清晰明确且相互对称的旋臂，旋臂间距4500光年。
　　银盘是银河系的主体，中央厚度约1.2万光年，外缘较薄，厚度约3千光年。
　　银盘直径约8万光年，银晕(Halo)直径约10万光年，银晕外面还有肉眼看不见的暗晕，现在普遍说法改为12万光年，也有说法是16万光年，甚至说成20万光年。
　　说16万光年也不是没有证据：银河系曾经捕获了 ＂人马座矮椭球星系＂，撕裂并俘走它的全部恒星群，只剩下一个全裸的 ＂星系核＂。甚至远在16和19万光年以外的大、小麦哲伦星系也不能置身事外，迟早有一天，大小麦哲伦星系也将融入银河系。
　　[ 最贴近银河中心是 ＂大犬座矮星系＂，最受银河虐待的是 ＂人马座矮椭球星系＂。后者距离地球7万光年↑。Jiang和Binney认为：人马座矮椭球星系轨道周期5.5～7.5亿年，刚开始进入银盘面的质量大约是10个⊙，现在质量已经不到原来的三分之一。从数值模拟和随后检测都表明在銀河核球潮汐力的作用下，矮星系中的众恒星被全部剥离出来，沿着矮星系椭圆形轨道，形成长长的星流，而自己仅剩下一个裸球，成为最典型的光杆司令。]
　　银河中心，呈很明亮的棒球结构，直径约为2.7万光年，厚度约为1.2万光年。棒球体以银心到太阳的直线呈44°角，主要由红色的恒星组成，大多是老年的恒星。
　　我们的太阳系位于偏离银河中心2.6万光年的地方，太阳系环绕银河中心公转周期，最早数据是2.8亿年，现在天文科普使用频率最高的是2.5亿年，但2019年3月又有更精准的测算出炉，把公转周期修改成2.23亿年。这说明了真理的揭示，不是一步到位的；而是在不断探索中，反复验证并修正错误或误差，而渐渐地逼近真相的。
　　02. 银河中心恒星密度：
　　太阳周围恒星彼此距离约为4.2光年，而且分布相当均匀。但银河中心恒星密度十分密集，相当于太阳附近恒星密度的100万倍↑。银河中心还有个核球，其恒星密度更高更密，彼此间距离只有0.2光年。
　　银河中心人马座A*（SgrA*）方向上存在着一个超大质量黑洞，其质量相当于460万个太阳质量，黑色球体直径约为3.26光年，黑洞周围分布着4200万颗恒星，其恒星密度高达28.9万颗/Iy³（注：Iy³表示立方光年）。这比太阳系附近的恒星密度高出了7200万倍。
　　[ 银河中心人马座A*（SgrA*）方向上，存在着一个超大质量黑洞，众多恒星环绕黑洞沿椭圆形轨道做3D运动。]
　　03. 银河中心恒星寿命：
　　银河中心大多数恒星质量都小于太阳质量，但年龄多在100亿岁↑，宇宙大爆炸起始于138.2亿年前，可见银河中心老寿星比比皆是，真真是 ＂寿比宇宙，命与天齐＂。
　　由于银河中心由高密度的恒星所组成，相邻恒星，相依为命。彼此构成互旋的双星体系、或三星体系，甚至多星体系，寡为单星体系（如太阳系）。
　　双星体系，星核互旋，结构相对稳定，寿命最长。但单星体系或多星体系就不够稳定了，有可能发生高频率的相互吞拼，并引发超新星大爆炸。
　　04. 太阳系及地球的形成：
　　大约在46.5亿年前，超新星炸出了一个人类安居的太阳系，而且被甩出高危高辐射的银河中心，跑到银河系郊外去过独居生活。可以说银河中心群星活动非常活跃，这里既是老寿星们的集体坟场，同时又是婴幼儿恒星不断诞生的摇篮。
　　上图箭号所示的红点位置，体现太阳系因超新星爆炸后，被甩出银河中心跑到郊外生活。这真是不幸中的万幸。远离银河中心 ＂高密度高风险高辐射＂ 是非之地，为地球生命起源创造了最优质的环境氛围。
　　我们天文观察发现，银河系中类太阳的恒星都拥有体积大数量多的 ＂超级地球＂ ，构成自己的行星家族。所以我们有理由认为：早期太阳系在地球轨道附近，也拥有10来个体积庞大的1.0版的超级地球。但多数超级地球，很快地陆陆续续地都被太阳引力的潮汐运动给吞噬掉了，侥幸剩下唯一的人类赖以生存的原始地球。地球的岩石圈和铁核成分，都是超新星爆炸的结果。
　　那么地球的水圈又是怎样形成的呢？①超级地球浓厚的外层空间，是由气体和尘埃构成的，受太阳热辐射，强烈对流，摩擦带电，通过打雷闪电会制造出水分子。②原始地球物质的化学反应也会制造出水分子。③地球不断地捕捉空中来客（小行星和彗星），也有利于原始海洋的诞生。于是体形臃肿的1.0版的原始超级地球，变成体形极度瘦身的、岩心水圈的现代2.0版的地球。
　　05. 银河系恒星温度：
　　太阳系诞生于46.5亿年前的一次超新星大爆炸，相对于宇宙诞生的年龄138.2亿年，太阳系只能算是充满生命活力的新生代。准确地说太阳是 ＂中年黄星＂。而在太阳系外围那四条旋臂上，却生活着众多的蓝星。蓝星表面温度比太阳高多了。黄星多位于银河中心，蓝星多位于旋臂外围，红星多位于银河中心的核球里。
　　与炉灶生火原理相同：火苗越红，温度越低；火焰越蓝，温度越高。黄色火焰，温度介于红蓝之间。红星慢慢冷却变暗，寿命最长；蓝星核燃烧最旺，寿命也短；黄星核燃料耐烧，所以太阳寿命居中，可活100亿岁。
　　[ 太阳系环绕银河中心公转周期为2.5亿年，太阳系已经度过了将近20个银河年。]
　　06. 太阳系的银河年：
　　银河系自转周期为2.26亿年，太阳系环绕银河中心公转周期为2.5亿年，太阳系形成于46.5亿年前，太阳系已经度过了将近20个银河年。
　　在这20个银河年里，地球上发生过不少于20次的物种大灭绝事件。其中有五次特别严重。第一次物种大灭绝发生于4.5亿年前，最终幸存者只剩14%的物种。第二次发生于3.75亿年前，有3/4物种从地球上消失。第三次发生于2.5亿年前，最为严重，有96%的物种走向灭绝。第四次发生于2亿年前，80%的物种灭绝。第五次发生于6500万年前，76%的物种灭绝。恐龙消失，人类出现。
　　第六次物种大灭绝事件还没有到来？会不会导致人类灭绝？很难说！也许那时候已经实现火星移民或木卫二移民，人类借此能够躲过地球刼难！
　　两次大灭绝的时间间隔，少则6500万年，多则1.3亿年。大劫难周期：要嘛1/2银河年，要嘛1/4银河年。小劫难周期：1/8银河年。
　　[太阳环绕银河系的银道面运动，其轨迹呈上下波动，很象交流电正弦波（红色曲线）。X轴代表银道面，Y轴指向北银极。太阳在银盘水平横轴上，持续上下波动震荡，频率间隔时间为3200万年。]
　　地球劫难的解释：太阳系环绕银河中心平面运动轨迹，呈上下起伏波浪式运动，很象交流电穿过横轴（X轴）呈正弦曲线波。太阳在银盘水平横轴的银道面上，持续上下波动震荡，频率间隔时间3200万年。当太阳系穿越银盘X轴的时间节点，恰恰与地球生物大小劫难完全吻合。反之，当太阳系或上或下运动，只要偏离银盘X轴越远，对于地球生命来说就越安全。所以深入研究太阳在银河系里的活动规律，对于人类能否永远生存下去而不灭绝是很有意义的！
　　07. 银河系的物质组成：
　　银河系，属于棒旋状涡漩星系。银河系90%是恒星，也含有10%的气体和尘埃。银河系的恒星数量约在1000亿到4000亿颗之间，但大约75%恒星数量高度集中于银河中心区域。
　　①银河系所拥有的恒星中： 70%<⊙，25%>⊙，5%=⊙ 恒星质量范围：44%⊙ ≤ ⊙ ≤ 20⊙ （⊙表示太阳质量）。
　　②银河系拥有大量星团和星云，以及各种类型的星际气体、星际尘埃等。
　　③银河系拥有相当数量的行星、超新星、中子星和黑洞等。目前发现和评估银河系至少拥有20万颗中子星。银河中心拥有大小黑洞可能几十万个，甚至成百上千万个。
　　④银河系可能拥有68.3%的暗能量，银河中心可能拥有26.8%的暗物质，而恒星和黑洞等普通物质仅占4.9%。
　　08. 银河中心的引力来源：
　　万有引力是由物质质量所决定的。太阳系引力场是由太阳质量所决定的。太阳质量占太阳系总质量的99.86%。同理，银河系引力场也应该由银河中心的 ＂银核质量＂ 所决定的。
　　[ 如果银河系没有额外的强大引力协助，那么四条旋臂上的众多恒星，势必会被强大的线速度，毫不留情地甩出星系之外，最终整个银河系将分崩离析。]
　　然而，如果真把银河系简单地类比成太阳系，其中银核相当于太阳，众恒星相当于众行星，显然又不能解释银河系涡漩运动问题。对于银河中心存在着 ＂超强引力场＂ 问题，天文学界存在着三种观点，至今无法达成共识。
　　（1）银河中心存在着 ＂巨无霸黑洞＂：
　　假设银河中心存在着一个更小的银核，银核的全部物质因引力坍缩，形成一个 ＂超大质量的巨无霸黑洞＂。那么经过一系列物理公式计算不难得出， ＂银核黑洞＂ 的史瓦西半径Rs=4.68光年。换句话说，银核黑洞直径（即事件视界）约为10光年。银河系直径是12万光年。
　　但我们用哈勃太空望远镜和各种射电望远镜，对银河中心（尤其是银核）进行反复扫描观测，没有任何蛛丝马迹能够证明银核里存在着一个 ＂超大质量的巨无霸黑洞＂ 。
　　实际观测表明：在偏离银核质点25光年的人马座A*（Sgr A*）方向上，有一个高致密性 ＂射电源＂，它能发射出极强的宇宙射线，如红外线、x射线和γ射线等。而且东星有个超新星爆炸的遗迹，西星有个特殊的螺旋结构。经天文观测后综合分析判断：这里存在着一个 ＂超大质量黑洞＂，其质量相当于460万个太阳质量。这黑洞虽然巨大，但要仰仗它所产生的引力场，去牵引银河系数千亿颗恒星做涡漩运动，显然是蚍蜉撼树，自不量力！
　　不过，根据 ＂霍金黑洞形成理论＂ 来看，银河系存在时间已经超过126±10亿年，而超大恒星形成黑洞的时间只需数千万年，因此银河中心将会存在着难以计数的黑洞，尤其是银核里的黑洞密度，其概率将会变得很大很大！
　　又依据 ＂原初黑洞形成理论＂ 来理解，如果把微型黑洞数量也估算在内的话，那么更是一个庞大无比的天文数字，很可能比银河系所能见到的恒星数量还可观，只是我们利用光学望远镜和射电望远镜都观测不到而已，但谁也不敢否定数也数不清的微型黑洞不存在。
　　看不见不等于不存在。银河中心（尤其是银核），大大小小黑洞数量和质量，才是决定银河系超强引力场最最重要的力量源泉！
　　（2）银河中心引力场是由 ＂众恒星的引力叠加效应＂ 所决定的：
　　前面的黑洞数量和质量，仅限于概率统计和分析，仅凭理论来理论去而巳，没有实际天文观测结果做为真凭实据，很难令人信服。而实际情况是：我们用哈勃望远镜和射电望远镜，对银河中心进行反复扫描观测，都没有发现 ＂巨无霸黑洞＂ ，只是在人马座A*方向上发现一个 ＂超大质量黑洞＂。这黑洞牵引身边数百万颗恒星旋转没有问题，但指望它牵引数千亿颗恒星在直径12万光年的银道面上做涡漩运动，显然蚍蜉撼树，力不从心！
　　于是人们抛出第二套方案来解释银河中心的 ＂超强引力场＂ 问题。我们知道银河中心集中了 银河中心（尤其是银核），分布着恒星数量高度密集的众多 ＂核星团＂ ，核星团里恒星距离≤1万天文单位。（供参考：1A∪（天文单位）= 1.5×10^8Km（公里），是太阳到地球的距离。距离太阳最近的恒星是27万天文单位） 。
　　持第二种观点的人们认为：银河系四条粗大的旋臂之所以能做 ＂涡漩运动＂，是由于银河中心棒球状星群，在缓慢地旋转过程中，产生了强大的 ＂角动力场＂。银心角动力场牵引着直径12万光年（甚至16万光年）的银盘，发生了时空扭曲运动，于是搅动了数千亿颗恒星进行旋臂涡漩运动。角动力场的力量源泉来自 ＂银核星团＂ 和 ＂Sgr A*方向上那颗 ＂超大质量黑洞＂。
　　不过，这种解释存在着一个很致命的缺陷： 我们知道银河中心的恒星群，由于彼此之间紧靠得太近，要嘛形成双星体系互旋，要嘛形成多星体系互旋，众恒星不可能做到 ＂齐心合力＂，不可能做到 ＂引力叠加效应＂。
　　也就是说，众星引力矢量方向是无序的或是乱序的，很难形成矢量方向高度一致的总合力（即角动力场）。这样的总合力即便存在，也是很微弱的，不足以牵引银河系数千亿颗恒星，在直径12万光年如此庞大的银道面范围内做缓缓的 ＂涡漩运动＂。
　　除非银核发生 ＂引力坍缩＂，群星质量高度密集于 ＂银心奇点＂ 上，成为一个＂超大质量的巨无霸黑洞＂。由巨无霸黑洞所产生的＂引力场效应＂， 不仅力量无比强大，而且引力方向高度一致，才能胜任引领银河系恒星群做涡漩运动。实际情况是：＂ 银核引力坍缩始终没有被发现，巨无霸黑洞始终没有诞生。＂