哈工大天文学概论第13节.ppt

天 文 学 概 论 A Brief Course of Astronomy What Are Galaxies? Collection of billions of stars. Held together by gravity. 银河系的整体结构 1. 银河系全貌 银河是天空中的一个环带，在人马座附近最亮、最宽，它的中心线近似为天球上的一个大圆。 The Galaxy, Milky Way 光学波段的银河系 射电波段的银河系 红外波段的银河系 近红外波段的银河系 X射线波段的银河系 γ射线波段的银河系 2. 银河系研究简史 1610年 Galileo Galilei首先用望远镜发现银河由无数恒星组成。 1750年 T. Wright（英） ： 太阳是球壳状分布的无数恒星中的一颗。 1785年W. Herschel（英）通过计量不同方向的恒星密度，得到第一幅银河系整体图像：银河系为扁盘状，太阳位于中心附近。 1922年J. Kapteyn利用照相底片测量不同天区的恒星密度，用统计视差求得恒星距离，首次估计银河系直径为~50,000 ly，厚度为~10,000 ly，他认为太阳位于银河系中心附近。 1920年H. Shapley利用球状星团内的天琴RR型变星测量星团距离，并给出球状星团的空间分布。 Shapley发现球状星团均匀地分布在银河的两侧，并且有向人马座聚集的倾向。 The Creator Milky Way Shapley认为球状星团是银河系的子系统，并以银心为分布中心。 Shapley由此估计太阳系到银心的距离为16 kpc. 在Shapley的模型中，银河系的结构是扁盘状的，直径为100 kpc. 星际介质与银河系大小的测量 早期对银河系的研究集中在可见光波段，由于天文学家并不了解星际介质的存在及其消光作用，因而得到关于银河系结构的错误的结论。 直到20世纪30年代人们才认识到星际介质的分布范围及其对观测的重要影响。并发展了射电与红外的手段来研究银河系的结构。 3. 银河系结构 银河系是一个包含2×1011颗恒星的、具有旋涡结构的盘状星系。 质量~ 1012M⊙，直径 ~ 105 ly (30 kpc) 主要成分 (1) 银盘 (disk) （旋臂spiral arm）、 (2) 核球 (bulge) 、 (3) 银晕 (halo) 、(4) 银冕 (corona) 银河系结构 4. 银道坐标系 原点：观测者 坐标系平面：银道面 银心方向： α=17h 45.7m, δ=－29°00′ 北银极坐标： α=12 h 51.4 m, δ=27°08′ 天体位置在银道坐标系中的计量 银经(longitude) l ( ) 从银心方向开始、沿银道面按逆时针方向计量。 银纬(altitude) b ( ) 从银道面量起，向北为正，向南为负。 5. 星族 (population) 1944年Walter Baade发现星系晕与核球中的恒星明显比盘中的恒星颜色偏红。 Baade由此提出星族的概念。 星族I恒星 年轻的、富金属恒星（金属丰度为太阳值的0.1-2.5倍） 主要位于银盘中 ，绕银心作圆轨道运动 。如疏散星团。 星族II恒星 年老的、贫金属恒星（金属丰度为太阳值的0.001-0.03倍），主要位于银晕和核球中，以银心作为中心球对称分布绕银心作无规则的椭圆轨道运动。如球状星团。 不同星族恒星的轨道运动特征 星系盘内的恒星绕银心作规则的圆轨道运动。 晕中的恒星绕银心作高偏心率的椭圆轨道运动，且轨道取向是随机的。 不同星族天体的特征比较 银河系的转动 1. 银河系的转动 (1) 银河系的较差转动 方法 测量恒星和气体云谱线的Doppler位移（视向速度）随银经的变化。 太阳附近恒星视向速度（或自行）的周期性变化： 在太阳周围360度的范围内，恒星的谱线位移表现出周期性的蓝移和红移。 银河系的转动是较差转动 在太阳附近，距离银心越远，转动速度越小 太阳附近恒星的视向速度的变化 (3) 利用球状星团测定R0和V0 球状星团的空间分布大致是球对称的，它们组成的次系的中心就是银心。 球状星团绕银心旋转的轨道是无规的，可以认为它们作为一个整体相对于银心不动。 2. 银河系的自转曲线和质量分布 (1) R R0 : HI云 测量在视线方向上的一系列HI云的21厘米谱线的最大位移 → 最大视向速度Vr, max →轨道运动速度 Vr, max = R(ω－ω0) → 轨道半径 R = R0 sin l → ω(R), V(R) (2) R R0 : CO分子云和HII区 转动角速度ω (R