銀河故事傳說|最新文章

facebook twitter plurk line 中列印書籤

銀河故事傳說

92/08/08 8005

林志隆｜國立自然科學博物館

隨著文明的進步，人類製造的光害越來越多，所以現在很難看到銀河了。但是如果有機會到高山上，不妨注意一下夜空中，是否有一大團像被地面燈光照亮的停滯雲氣。也許，你看到的就是傳說中的「銀河」。

「銀河」這個美麗而神秘的名詞有兩種不同的定義：一種是以傳統地球觀點所看到的本銀河系，也就是我們在夜空中看到一長條像雲一般的帶子，英文叫做「milkyway」。另一種則是指本銀河以外的其他銀河系，像M31、M33這些所謂的「河外星系」，哈柏形容它們為「島宇宙」，英文稱為「galaxy」。它們在英文中是有區分的，但是在中文裡面就有點混淆。所以臺灣的學術界習慣使用「星系」來稱呼河外星系，以便和我們自己的本銀河系做區分。

本銀河是由大約兩千億顆恆星組成的超大集團。以前的天文學家在銀河中觀測到很多星星以外的非點狀天體，這些天體被大致歸類為星雲和星團兩類，其下再依各種成因和屬性予以細分。如果以傳統方法分類，星雲可細分為河外星系、瀰漫星雲與行星狀星雲三種，其中瀰漫星雲再區分為自行發光的散光星雲、映射星光的反射星雲以及黑暗星雲；星團則細分為球狀星團與疏散星團兩種。

一九二○年以前，人類沒有能力測量這些星系的距離，所以許多人認為它們和其他星雲一樣是存在於本銀河裡面，並不知道許多星系其實比我們自己的銀河系還大。即使到了一九二○年，美國國家科學院還曾經舉行一次「大辯論」，辯論的主題就是：像M31這樣的東西到底是屬於本銀河系的成員？還是其他獨立的星系？

在這次大辯論後不久，謎底就因為威爾遜山天文臺2.5米望遠鏡的啟用而揭曉。當時藉由觀測M31中的造父變星而測出其距離遠遠超出本銀河系的範圍，由此才確定銀河系像是在汪洋中的小島一樣漂浮在宇宙中的觀念。

如果在夏季的夜裡探望星空，你可能會注意到在牛郎、織女間的夏季銀河只是一條細長的帶子，可是到了南方的天蠍座、人馬座之間，它卻變寬變亮而且好像分叉裂成兩條細帶。

如果在一個視象完美的地方持續注意全年的星空，你將發現似乎一年四季都可以看到銀河。即使到了冬季的深夜，雖然銀河的高度非常低，但還是緊緊貼著山頭上方環繞整個地平線。只是即使我們看到了，也很可能由於地形、天候和光害等等問題而誤以為是遠方的光害。

就本銀河系而言，我們可以看到太陽系在銀河中的地位和銀河大致的形狀。因為我們是從薄片狀的銀河盤面中往外四望，所以看起來就好像有一個光環圍繞著我們一樣。這個銀河的直徑大約十萬光年，厚度大約有三萬光年，說起來並不算太大，因為隔壁的M31直徑是二十萬光年，比我們足足大了一倍。不過，比起跟在我們旁邊的一些不成材的「細漢」星系，像大、小麥哲倫星雲還有人馬座矮星系，那又算是比上不足比下有餘了。

一九二四年哈伯根據形狀把星系分成三類：橢圓星系、漩渦星系和不規則星系，其中的漩渦星系又分成一般正常漩渦星系和棒狀漩渦星系。我們的銀河系屬於核心帶著一根短棒的棒狀漩渦星系，就好像旋轉中的體操選手棒子上綁了彩帶一樣。根據目前的銀河演化理論，這種棒狀的結構可能是銀河撞擊與合併後的產物。所以我們的銀河以前可能曾經吃下另一個小銀河系，才會拉出這種樣子的短棒結構。

如果我們靠近一點的話，你將發現太陽系位在銀河系外圍的一條漩渦臂上，距離銀河中心大約兩萬六千光年。這條漩渦臂叫做「獵戶臂」，如果你找到太陽的位置，你會發現許多屬於獵戶座的星星，如參宿一、二、三、四、七等，都在太陽的左方。

在我們的獵戶臂旁邊，內側的是人馬臂，外側的是英仙臂。從太陽系的位置看出去，英仙座位於比我們更外圍的地區，所以這裡的銀河比較稀疏黯淡。若向內側的人馬臂方向望去，擋在銀河中心和我們之間的，則是層層疊疊的星際物質和數算不清的恆星。所以這裡也是我們看到的銀河中最寬、最亮、最複雜的地方。

我們站在太陽系往銀河中心探索，就好像從大都市邊緣的小公寓樓頂往市中心看一樣，許多高大的建築擋住了視線。也許運氣好，我們還能在大樓的縫隙中窺見市中心最高的高塔塔尖。

當然人多事情就雜，天上的事務也一樣，所以在天蠍尾巴到人馬前方的銀河中心方向，我們可以看到形形色色的各種天體。就好像是各種不同男女老少高矮胖瘦的組合一樣，這裡擁有各種大小和年齡的星體，甚至彼此間還有很複雜的星際關係。有像太陽這種養了一堆小寵物的單身貴族，也有像球狀星團這種關係緊密的超大恆星家族。看看它們之間的各種關係和變化，其實也蠻有趣的。

當我們在夏夜裡往南方方向探視銀河中心時，會看到迷濛的銀河光暈中除了點點繁星外，還有一些比較明顯的小團亮光。這些亮光都是一些星雲和星團，當用小天文望遠鏡或雙筒望遠鏡略加放大並提高亮度之後，就會發現它們的不同。

它們有些是由很多小星星聚集而成的集團，這一類的天體叫做「星團」；有一些在放大後還是一片朦朧的雲霧，則被稱為「星雲」。以下就為各位介紹在夏季銀河中可以找到的一些星雲和星團。

仔細觀察天蠍尾巴附近的區域，在銀河裡面可以看到有些紅色和青白色的斑塊。當天候很好又沒有光害的狀況下，用一般的雙筒望遠鏡就可以看到這樣的天體，只是沒有色彩而已。這是因為在這麼暗的情況下，我們眼睛中能辨別色彩的感光細胞靈敏度不夠而看不到東西，只有不能辨別顏色的那種感光細胞還有作用，所以看到的世界就變成黑白的了。

當我們繼續用大約8～10倍的大口徑雙筒望遠鏡觀測，會看到裡面有兩團密集的星星集團，一個叫做M6，一個叫做M7；另外還有兩片昏暗的紅色雲氣，這兩片是NGC6334和NGC6357，其中的NGC6334還有個外號叫做「貓腳印」星雲。

像NGC6334這種紅色的雲氣是正在凝聚中的原始雲氣，所以雲氣的成分基本上就是宇宙的原始成分，大約是75％的氫元素和25％的氦元素以及總和不到1％的其他90種天然元素。當雲氣越密集時溫度越升高，如果它們的溫度到達攝氏幾千度時，發出的熱輻射就會很明顯，這樣的低溫熱輻射顏色會偏紅，所以這樣的星雲被稱為「發射星雲」或「散光星雲」。

這些星雲如果繼續收縮下去，當雲氣內部某處的溫度超過攝氏七百萬度時，就會發生氫融合成氦的「核融合反應」，於是一顆新的恆星便誕生了。但是，一團雲氣不一定只能養一顆恆星。如果這一團雲氣夠大的話，可能就會陸陸續續形成很多顆恆星，於是最後產生的就是星星的集團「星團」了。

當銀河物質大都集中到盤面上時密度會變高，這樣子的雲氣團不用滾到很大團就可以開始形成恆星，所以銀河盤面上形成的大多數星團規模都比較小，恆星分布也比較疏散。雖然遠看很明顯是同一團的星星，可是近看之後卻是稀稀落落東一個西一個，所以被稱為「疏散星團」或「散開星團」，像M6和M7這兩個就是典型的「疏散星團」，它們各有將近一百顆恆星。

目前的研究認為這種疏散星團是銀河盤面形成之後才陸陸續續形成的小型星團，所以大多出現在銀河盤面上，這些星團的年齡比球狀星團輕，而且年齡落差非常大，有些可能已經有數十億年，而有一些根本還在母親肚子裡沒出生呢。

判斷星團年齡的方法非常有趣，科學家通常是以裡面的恆星顏色作為依據。由於星團中開始有恆星誕生之後，新恆星的恆星風就會把周圍還沒用到的星際雲氣吹掉，以至於雲氣團的凝聚受到阻止而停止產生新的恆星，所以同一個星團的恆星誕生時間差別不會太大。

科學家的研究也發現，質量越大的恆星消耗物質的速度越快，所以死得也快。像太陽這種小康家庭的恆星可以存活大約一百億年，而質量是太陽80倍的恆星，只能存活幾千萬年。由於星團中同時誕生的恆星有大有小，但是壽命卻不一樣，所以只要看看剩下的星星質量最大者的是多少，就可以估計出這個星團的年齡。

許多初生的疏散星團經常會伴隨著散光星雲一起出現，這是因為它們本來就是從這些星際雲氣中醞釀誕生的，所以這些雲氣就好像是它們的母親一樣。可是隨著年齡增長，它們對母親的依賴會逐漸降低，甚至到最後會把剩餘的雲氣給完全驅散。

在哈柏太空望遠鏡對獵戶座的M42火鳥星雲的觀測中，發現了許多誕生中或剛誕生的恆星，有些還完全包在濃密的星際雲氣中隱隱地發出紅外線，有些則已經開始發出巨大的恆星風吹散周圍的雲氣，中心處並且隱約露出一點微弱的亮光。如果繼續演化下去，在雲氣中先誕生的大質量恆星會把雲氣往外吹散，漸漸中間就會露出一個空洞，於是我們就會看到像薔薇星雲這樣的美麗雲氣。時間再久一點，雲氣已經變得非常稀薄，完全包不住裡面的星星，這時我們看到的就是像M45昴宿星團這樣的疏散星團。從恆星誕生到這個樣子，大約需要幾千萬年的時間。

在昴宿星團中，我們看到幾顆散發著強烈光線的巨大恆星，而在它們周圍則散布著一些絲縷狀的藍色雲氣。這些藍色雲氣是被強烈星光蒸散下僅存的稀薄雲氣。它們的藍色光芒並不是自己發出來的，而是反射周圍恆星的星光，或是裡面的分子被恆星紫外線激發之後再轉成可見光放射出來。在天空中這樣子的疏散星團非常多，像夏季銀河中的M6、M7，巨蟹座裡面的M44，都是肉眼很容易看見的疏散星團。

等到星團的年紀再老一點，雲氣就變得更稀薄，而大質量的藍色恆星也開始死亡。於是，星團的雲氣被吹散了，裡面也看不到藍色的星星，原本黯淡不起眼的橙色、紅色小星星，這時才漸漸有機會吸引眾人的目光。像M44鬼宿星團就是一個這樣的例子。

如果是很老的星團，那周圍就完全看不到雲氣，而其中的恆星會依照「紫靛藍綠黃橙紅」的順序逐漸凋謝，所以只要看看哪些顏色的星星不見了，就可以估算這個星團的年齡。而星團整體的顏色也會隨著年紀而變化，逐漸由初生時耀眼的藍紫色轉為溫和的黃橙色。像太陽這種偏黃色的星星大約可以活一百億年，如果一個星團中連太陽這種黃色的星都開始消失了，那它的年紀一定超過一百億年了，在我們的銀河系中只有球狀星團才有這麼老的年紀。

說到球狀星團，其實它們可以說是銀河系中最早形成的結構。在原本均勻分布的原始銀河系中，星際物質藉由重力作用逐漸形成很多區域性的小雲氣團，這些雲氣團會在裡面醞釀許多恆星，只是這些雲氣團太龐大了，產生的恆星動輒數十萬顆到數百萬顆，這麼強大的重力使得整個星團緊密的結成球狀，所以稱為「球狀星團」。

銀河系初生的時候可能有數以萬計的這種星團，後來大部分的球狀星團都在互相撞擊、併吞合併成現在的銀河核心和盤面結構，目前只有大約250個位處偏遠的地方星閥還在逍遙法外。不過天網恢恢，時間久了之後，這些球狀星團也將難逃滅亡的命運。

由於球狀星團是在每個銀河誕生初期就會形成的結構，所以它的年紀就跟其母銀河系差不多。所以利用這個方法，科學家就可以根據球狀星團的年齡來估算其母銀河的年齡。本銀河系的年齡大約為一百億年，就是這樣估出來的。

銀河中的故事傳說不盡，說書人永遠無法說盡故事的全貌。如果想要多知道一些銀河故事的傳說，那就有待讀者自己去探索與發現了。

深度閱讀

新世紀太空百科全書，貓頭鷹出版社。
牛頓雜誌，二○○三年四月號。
成大物理系「每日一天文圖」（APOD）網頁。（http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/）

資料來源

《科學發展》2003年8月，368期，46 ~ 53頁

科發月刊(5210)

銀河故事傳說

推薦文章