中外科学家绘制出迄今最精确银河系结构图

　　近日，中外科学家绘制出目前最精确的银河系结构图，明确银河系是一个具有4条旋臂的棒旋星系。

　　银河系结构是天文学中长期悬而未决的重大科学问题。美国、德国和中国的天文学家主导成立了“银河系棒和旋臂结构遗珍巡天”重大科学计划，经过十余年研究最终破解。这是人类继认识地球和太阳系后，跨入巨大银河系的关键一步。

　　历经17年，美国、德国和中国天文学家主导的重大科学研究团队绘制出迄今最精确银河系结构图，清晰地展示银河系是一个具有4条旋臂的棒旋星系。

　　美国哈佛—斯密松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与空间科学学院教授郑兴武联合撰写的《银河系新视野》，刊登在近日的《科学美国人》杂志上，成为封面文章。这项研究是人类继认识地球和太阳系后，跨入我们居住的巨大银河系的关键一步。

　　距离遥远 观测困难

　　一直未能看清银河系结构

　　银河系结构是天文学中长期悬而未决的重大科学问题。

　　早在1785年，英国著名天文学家赫歇尔通过恒星记数的方法，第一次提出银河系是一个由亿万颗恒星组成的扁平系统。但长期以来，这个扁平的恒星系统的内部结构一直没有人弄清楚。

　　郑兴武解释，是因为银河系太大了，现代研究表明它的直径约为10万至18万光年，太阳系离银河系中心很远，且位置接近银道中心面，因此我们所看到的旋臂都重叠投影在天球上而无法分辨，同时我们又无法离开银河系，到几百万光年以外的宇宙空间来回眸银河系，恰如“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。

　　天文学家也发现，如果能精确地测定旋臂上足够多的天体到太阳的相对距离，即便身在银河系内部，也完全能从内到外勾画出银河系的旋臂结构。于是，寻找能有效勾画出银河系结构的示踪天体或者信标，又能精确测量它们距离，成为天文学家破解这个难题的唯一途径。

　　然而，在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非常严重的遮挡。当人们到无光污染的大草原仰望天空，用肉眼就可以发现银河中心有一个暗带，即便使用大光学望远镜也只能看清太阳系周围的天体，远远小于银河系的大小。这是光学天文无法完全探索银河系结构的原因。

　　真正广泛深入地观测和研究银河系的结构得益于20世纪50年代射电和红外天文学的兴起。射电和红外辐射能穿透银道面上浓密的尘埃，使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，天文学家普遍认为银河系是一个棒旋星系。

　　不过，由于离我们最近银河系旋臂的距离大约为6000光年，直接精确测量这些射电和红外源的距离非常困难，天文学家往往借助于一些天体物理模型，间接测量它们的距离。近代天文学研究表明，这些间接测量的方法有很多问题。这也导致了银河系结构的一些最基本的问题仍然没有得到解决。

　　国际合作 数据共享

　　天文学家合力破解难题

　　为加深对银河系结构的认识，21世纪初，美国、德国和中国的天文学家主导成立了由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，以纪念德国天文学家贝塞尔在1938年第一次测量了恒星的距离。

　　贝塞尔计划用等效口径为8000多公里的甚长基线干涉阵，采用几何三角视差方法直接测量大质量恒星形成区中脉泽源的距离和自行。为了确定银河系结构，科学家希望有一种能穿透银河系盘中浓密尘埃、能测量银河系边缘结构的极亮天体。这种天体就是大质量恒星形成区中的脉泽源，是一种亮温度超过亿度、甚至万亿度的宇宙激光点源。

　　从2003年到2019年贝塞尔重大研究计划基本结束，研究团队测量了银盘上163个大质量恒星形成区中脉泽源的距离和自行，结合国际上其他团组测量的37个脉泽源，共获得了银河系中近200个大质量恒星形成区的距离和自行。

　　“为了测量一个脉泽源的距离和它的自行，在地球上由10个天线组成的甚长基线干涉阵，在一年内至少要观测5次，每次观测时间约为5小时，每一小时的观测约需要20个小时的时间进行数据处理和写报告。在十余年中，我国贝塞尔课题组成员大部分时间都在默默地观测和数据处理中。”郑兴武介绍，国际团队成员处理后的数据，均进行了共享。

　　据介绍，研究团队对大质量恒星形成区在银盘上的螺旋形位置分布的突跳和间断进行分析和弥补。最终，从研究团队所测量大质量恒星形成区的精确位置，清晰地勾画出4条主旋臂，分别是英仙臂、人马—船底臂、矩尺臂和盾牌—半人马臂。再结合红外、一氧化碳和大量年轻天体的观测资料，最终绘制出银河系结构图。