四条旋臂

1982 年，美国天文学家贾纳斯和艾德勒完成了银河系 434 个银河星团的

图表，发表了每个星团的距离和年龄。他们绘制了太阳附近年龄不超过 2000 万年的银河星团的分布图，从该图上根本看不出有什么旋涡结构，而只有一小段、一小段与局部恒星形成有关的零散的旋臂，“旋涡”幻影来源于银河系复杂的旋转特性：在银盘中各处独自形成恒星的发源地，总有机会沿银河系的旋转方向形成“串珠”，与此同时，也就出现了小段旋臂。虽然经过几千万年，银河星团中大质量的星几乎都死亡了，星团也不如原先那样明亮了， 旋臂图象也就淡漠了，但新形成的年轻星团又继续显现出“幻影旋涡图案。”

我们银河系究竟有没有旋涡结构？是大尺度的双臂结构或四臂结构，还是零散的，断续状的局部旋涡结构？不同天体成分形成的旋涡图案为什么不一致？这些未解之谜仍有待于天文工作者进一步地探索。

本世纪 30 年代，光学天文工作者开始解开银河系结构之谜，测知银心在

人马座方向。经过 20 多年的努力，终于确认和描绘出太阳附近的三条旋臂： 靠近银心方向的是人马座旋臂，太阳位于猎户座旋臂的内侧，再往外是英仙座旋臂。旋臂间距约为 2 千秒差距（太阳距银心约 8 千秒差距）。旋臂内集中了较多年轻的大光度 O 型和 B 型星，以及电离氢（HⅡ）区等。在太阳系以南不远处，有一条亮星集中的带状区域，带长 700 秒差距，宽 70 秒差距，从

猎户臂的下端伸出，指向银心，这就是有名的谷德带，带中约有 20 万颗星。重要的一点是，看来太阳不是旋臀的成员。

1982 年，天文学家又发现了银河系的第四条旋臂，该臂跨越狐狸座和天

鹅座，距银心 14 千秒差距，即在太阳外侧约 6 千秒差距的地方，此臂由大小为 60～80 秒差距的许多分子云组成，形成串珠状。

旋涡结构

由于星际气体和尘埃的消光作用，光学望远镜难以看到更远的恒星，值得庆幸的是，1950 年，发现了星际氢原子（中性氢，常用 HI 表示）21 厘米波长发射谱线，它帮了我们的大忙。遥远的 21 厘米（即频率为 1420 兆赫） 射电辐射，能够穿透“云山雾障”到达地球。但由于银河系的自转，按照多普勒效应，21 厘米波长的氢谱线不仅变宽，而且还发生频率移动。谱线的频率移动值越大，就表示发出该谱线的射电源的相对视向速度越大，也就是说， 该射电源离我们越远。

其次，如果射电源里面 HI 的含量越多，它们发射出的辐射强度也就越大。这样，从射电观测资料便可推算出，在所测方向上的星际中性氢的含量， 以及它们到观测者的距离。

CO 分子形成第四条旋臂

遗憾的是，在比较浓密的星际云中，氢不再是以原子的状态存在，因而这些云不能利用 21 厘米氢谱线探测到。好在一些分子云中混杂有一气化碳

（CO）分子，通过对它的探测，便可以知道一些星际云的分布情况。1970 年， 美国贝尔实验室的威尔逊等人，首先探测到波长为 2．6 毫米（频率为 115271 兆赫）的一氧化碳放射线。经过几年的努力，到 80 年代初，科学家基本搞清楚了一气化碳在银盘中的分布情况：和 HI 的分布情况不一样，一氧化碳分子基本上集中在距离银心 12000～240000 光年的一个扁圆形大环中，在距银心1700 光年的地方密度最大，含有这种一氧化碳分子诞生恒星的冷云层厚约

300 光年。而 HI 的分布则是从距离银心 12000 光年的地方开始，一直延伸到

银河系的边缘 50000 光年处，它的厚度也比一氧化碳的云层为厚。

从一些河外旋涡星系的照片可以看到：亮气体星云（电离氢区，HⅡ）主要沿旋臂分布。它们是旋涡结构极好的“示踪天体”。在可见光和射电波段都能接收到它们的辐射，测量这些谱线的频移便可获得它们的视向速度。如果知道银河系的旋转曲线，还可推算出它们的距离。法国马赛天文台的 Y·M 和 Y·P·乔治林对银河系中 268 个高激发的 HⅡ区和 360 颗炽热星进行探测，于 1976 年发表了他们的观测结果，给出了银盘内高激发 HⅡ区的分布情况， 以及四个旋臂的位置。国际天文界认为这是银河系最好的旋涡结构图像。