“凝望十余载 勾画星河影”

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中外科学家绘制了迄今为止最准确的银河系结构图

凝视十载描绘星河影(解码)

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最近，中外科学家绘制了目前最准确的银河系结构图，确定银河系是一个有四根旋臂的棒旋星系。

银河系结构是天文学中长期以来悬而未决的重大科学问题。 由美国、德国、中国天文学家主导设立银河棒和手臂结构遗珍巡天重大科学计划，经过10多年的研究最终解密。 这是人类认识地球和太阳系后，进入巨大银河系的关键一步。

经过17年的发展，由美国、德国和中国天文学家主导的重大科研团队绘制了迄今为止最精确的银河系结构图，清楚地表明了银河系是一个拥有四只旋转臂的棒旋转星系。

由美国哈佛·史密斯天体物理中心资深天文学家、美国科学院院士马克·里德和南京大学天文空间科学学院教授郑兴武共同执笔的《银河系新视野》被刊登在最近的《科学美国人》杂志上，成为封面的复印件。 这项研究是人类认识地球和太阳系后，进军我们所居住的巨大银河系的关键一步。

很难从远处观测

一直看不见银河系的结构

银河系结构是天文学中长期以来悬而未决的重大科学问题。

1785年，英国着名天文学家赫谢尔首次提出恒星数量，银河系是一个由亿颗恒星组成的平面系统。 但是很久以来，没有人清楚这个平坦恒星系统的内部结构。

郑兴武解释说是因为银河系太大了。 现代研究表明，其直径约为10万至18万光年，太阳系距离银河系中心很远，位置离银河系中心面很近。 因此，我们看到的旋臂是重叠投影在天球上的，无法分辨，无法远离银河系，在数百万光年以外的宇宙空之间来到银河系，不知道真相，只能在这座山上。

天文学家们还发现，如果能够准确测量旋臂上足够多的天体与太阳的相对距离，即使在银河系内部，也能从内部到外部完全描绘出银河系的旋臂结构。 因此，寻找更有效地描绘银河结构的示踪剂天体和信标，准确测量它们的距离成为天文学家解决这个问题的唯一方法。

但是，银盘上分布着浓密的尘埃气体，对银河系旋臂上天体的光学辐射产生了非常严重的遮蔽。 当人们去无污染的大草原仰望天空时，肉眼可以看到银河中心有一条暗带，即使使用大型光学望远镜也只能看到太阳系周围的天体，远远小于银河的大小。 这就是光学天文不能完全探索银河系结构的原因。

广泛观测和研究银河结构是由于20世纪50年代电波和红外线天文学的兴起。 电波和红外线的辐射穿透银道面浓密的尘埃，让我们看到银河系边缘的天体。 经过近半个世纪的观测和研究，天文学家认为银河系是条旋转银河。

但是，由于我们最近银河系距旋臂的距离约为6000光年，所以直接准确测量这些电波与红外源的距离非常困难，天文学家经常使用天体物理模型间接测量距离。 近代天文学的研究表明，这些间接测量的做法存在很多问题。 这是银河系结构的基本问题也尚未处理。

国际合作数据共享

天文学家齐心协力解决难题

为了加深对银河系结构的认识，21世纪初，在美国、德国和中国天文学家主导下，设立了8个国家22位天文学家参加的银河系棒和旋臂结构遗珍巡天重大科学计划，简称贝塞尔计划，纪念德国天文学家贝塞尔于1938年首次测量恒星距离。

贝塞尔打算利用等效口径在8000公里以上的甚长基线干涉阵列，利用几何三角视差法直接测量大质量恒星形成区中脉泽源的距离和自身。 为了弄清银河系的结构，科学家们希望能够穿透银河系盘中浓密的尘埃，测量银河系边缘结构的极其明亮的天体。 该天体是大质量恒星形成区的脉泽源，是亮度超过亿度、超过万亿度的宇宙激光光斑源。

2003-2019年贝塞尔重大研究计划基本结束，研究小组测量了银河系163个大质量恒星形成区的脉泽源距离和自身，结合国际上其他组测量的37个脉泽源，获得了银河系近200个大质量恒星形成区的距离和自身。

为了测量一个脉泽源的距离及其自身，地球上由10个天线组成的非常长的基线干涉阵列一年至少被观测5次，一次观测时间约为5小时，每小时观测约为20小时，数据解决和报告正在进行。 在十余年的时间里，我国贝塞尔课题组的成员大部分时间都在默默地进行观测和数据解决。 郑兴武表示，国际小组成员解决的数据全部共享。

研究小组介绍了分解和补充大质量恒星形成区银盘上螺旋状位置分布的跳跃和间断。 最终，从研究小组测量的大质量恒星形成区的准确位置，清晰地描绘出了4条主回旋臂。 分别是英仙臂、人马船底臂、力矩尺臂和盾半人马臂。 结合红外、一氧化碳、大量年轻天体的观测资料，最终绘制了银河结构图。

在天文学家观测到的宇宙明亮的川外银河中，旋涡银河约占全明星系数的80%，而棒形回旋银河约占旋涡银河的2/3，银河系是宇宙普通银河，4个回旋臂的分布相对对称。 与不规则银河相比，我们居住的银河系是一个手臂匀称的美丽银河。 这项研究成果彻底处理了银河系是否有几条手臂这一文学长期以来备受争议但尚未处理的重大科学问题。 为现代天体物理学具有挑战性的研究课题之一银河系乃至星系的形成研究提供了重要的观测依据。

银河系棒和旋臂结构遗珍巡天计划提供了太阳系在银河系中的位置和运动的重要新闻。 中国天文学家最初观测和研究的结果表明，太阳系不在四个主旋臂中，非常接近独立于这四个主旋臂的一个本地臂。 含有该本地臂形状和丰富质量的恒星形成区与其他4根主臂相似，很可能不是孤立的臂段，而是与英仙臂和人马船底臂的一部分相邻。

参加接力赛的成果重叠

促进人才培养和学科快速发展

在美国、德国和中国天文学家主导的贝塞尔计划中，中国天文学家起着重要的意义，计划的一半来自中国队。 中国成员来自南京大学、紫金山天文台、上海天文台和国家授权中心。

2003年，中外科学者合作取得里程碑式的成果，也是推进贝塞尔计划的开创性工作。 年，在贝塞尔计划中，以紫金山天文台的研究者为首的科学研究小组发现并精确测量了离地球最近的银河系的本地臂的形态和运动学性质。 年，紫金山天文台研究员徐烨、李晶晶博士发现了一座从当地臂延伸到人马臂的桥。 长度约1.2万光年，是迄今为止发现的银河系中最长的旋臂的子结构。 并且结合其他观测证据，他们先前提出银河系不是由以前公认的单纯宏伟规则的螺旋状主旋臂组成，而是类似于一点河外星系，主旋臂之间多次有结构众多复杂的旋涡星系。

截至2019年底，贝塞尔计划的163个目标脉泽源中，中国天文学家观测到并拆除了其中的85个源。 贝塞尔计划在国际知名天文和天体物理刊物上发表35篇论文，其中中国天文学家发表16篇。

另外，上海天文台研究员张波、国家授时中心研究员吴元伟、南京大学胡波博士的观测和研究，为银河系结构图的绘制做出了重要贡献。 参加这个重大的科学计划将促进我国非常长的基线天体测量学科的迅速发展，培养年轻的天文学家，走在国际非常长的基线天体测量学科的前列。 该基础学科的迅速发展也有可能为精密天体测量的实用化提供技术途径的支持。 郑兴武说。 (记者姚雪青)