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南京大學聯手哈佛大學
仰望星空十五載
終於繪製出銀河系
迄今為止最精確結構圖
讓我們身在此山中，也能識得廬山真面目
小南為您轉來新鮮報道
《光明日報》4月22日 報道
銀河系是什麼形狀？旋臂勻稱美麗
中外科學家繪製出迄今最精確的銀河系結構圖
銀河系結構圖
鄭興武和馬克·裡德供圖
《科學美國人》近日刊登了由美國哈佛-斯密松天體物理中心資深天文學家、美國科學院院士馬克·裡德和南京大學天文與空間科學學院教授鄭興武聯合撰寫的題為“銀河系新視野”的封面文章，總結了由他們兩人及德國馬普射電天文研究所卡爾·門滕教授所領導的國際團隊，歷經15年時間對銀河系結構潛心研究的成果。
該團隊用甚長基線干涉技術精確測量位於銀盤上近200個大質量恆星形成區的自行和距離，得到銀河系旋臂的結構、太陽系的位置以及它繞銀河系中心旋轉的速度，繪製出尺度為10萬×10萬光年的全新銀河系結構圖。該圖是迄今最精確的銀河系結構圖，它清晰地展示銀河系是一個具有四條旋臂的棒旋星系，徹底解決了銀河系究竟有幾條旋臂這個天文學中長期懸而未決的重大科學問題。
銀河系結構是天文學的重大科學問題之一。據鄭興武教授介紹，主要原因是銀河系直徑估計約為10萬至18萬光年，太陽系離銀河系中心很遠，且位置接近銀盤中心面，因此我們所看到的旋臂都重疊投影在天球上而無法分辨，正是“不識廬山真面目，只緣身在此山中”。但如果能精確地測定旋臂上足夠多的天體到太陽的距離，也完全能從內到外勾畫出銀河系的旋臂結構。然而，在銀盤上分佈著濃密的塵埃和氣體，對銀河系旋臂上天體的光學輻射產生非常嚴重的消光，即使用大光學望遠鏡也只能看清銀盤上6000光年以內的天體，這遠遠小於銀河系的大小。
真正廣泛深入地觀測和研究銀河系的結構得益於20世紀50年代射電和紅外天文學的興起。天文學家用射電和紅外望遠鏡發現，銀河系旋臂上的大質量恆星形成區中除了有光學輻射的天體之外，還有更多的、在光學不可見的射電和紅外輻射天體以及孕育它們的冷分子氣體和塵埃，它們都可以作為銀河系結構的示蹤天體。更重要的是，射電和紅外輻射能穿透銀道面上瀰漫的星際介質（氣體和塵埃），讓我們直達銀河系的邊緣。
經過近半個世紀的觀測和研究，天文學家普遍認為銀河系是一個棒旋星系。然而，由於不能準確測定大質量恆星形成區中年輕天體的距離，銀河系結構的一些最基本的問題——如銀河系究竟有幾條旋臂、太陽在銀河系中的精確位置和運動等，仍沒有解決。
21世紀初，由中國、美國、德國、意大利、荷蘭、韓國、日本和波蘭共8個國家的22位天文學家，籌劃建立了“銀河系棒和旋臂結構遺珍巡天”（簡稱“貝塞爾”）重大科學計劃。“貝塞爾計劃”用等效口徑為地球直徑的甚長基線干涉陣，採用幾何三角視差方法直接測量大質量恆星形成區中脈澤源的自行，從而獲得它們的精確距離（脈澤源是一種亮溫度超過億度、甚至萬億度的宇宙激光點源）。
從2003年開始，研究團隊測量了銀盤上163個大質量恆星形成區中脈澤源的自行和距離，結合國際上其他團組測量的37個脈澤源，共獲得了銀河系中近200個大質量恆星形成區的距離和自行。這些大質量恆星形成區在銀盤上的分佈清晰地勾畫出4條主旋臂，它們分別是英仙臂、人馬-船底臂、矩尺臂和盾牌-半人馬臂。再結合紅外、一氧化碳和大量年輕天體的觀測資料，最終繪製出了銀河系結構圖，它是一個具有4條旋臂的棒旋星系。在河外星系中，棒旋渦星系是一個大家族。銀河系是一個普通的星系，也是一個旋臂勻稱美麗的星系。
科學家研究發現，我們居住的太陽系不在四條主旋臂上，而非常接近於獨立於這四條主旋臂的一條本地臂上。這條本地臂位於英仙臂和人馬-船底臂之間，長度約為20000光年，比以前估計的要大得多，它的形狀和包含豐富的大質量恆星形成區可與其他4條主旋臂類比。本地臂或許不是孤立的臂段，極有可能是鄰近英仙臂和人馬-船底臂的一部分。太陽離銀河系中心距離為26000光年，繞銀心旋轉速度為236千米/秒，即繞行一週大約要2.12億年。太陽幾乎在銀盤的中心平面上，距中心面垂直距離約為20光年，比以前的估計值82光年要小。
據悉，“貝塞爾計劃”研究團隊中的中國成員來自南京大學、紫金山天文臺、上海天文臺和國家授時中心。15年來，中國團隊本著共同發起、共同組織、資源互補、成果共享的原則在“貝塞爾計劃”中發揮了重要作用。
2003年，南京大學天文與空間科學學院徐燁博士、鄭興武教授、美國哈佛-斯密松天體物理中心裡德博士和德國馬普射電天文研究所門騰教授合作，利用甚長基線干涉技術首次成功地精確測量了英仙臂大質量恆星形成區W3OH中甲醇脈澤源的三角視差和自行，得到該大質量恆星形成區的距離為6360±40光年，測量精度高達2%，這是有史以來對如此遙遠的天體精度最高的距離測量。從該脈澤源的自行和視向速度，獲得了這個大質量恆星形成區在銀河系裡的三維運動狀況，研究銀河系旋臂的運動學性質。這項工作預示了直接測量銀河系旋臂結構和運動的可行性。該成果在2006年1月以封面論文在《科學》上發表，是促成“貝塞爾計劃”的開創性工作。此後，中國成員提出和參加了前導實驗觀測，研究結果為實施“貝塞爾計劃”打下了堅實基礎。
到2019年底，在“貝塞爾計劃”的163個目標脈澤源中，中國天文學家觀測分析了其中85個源。“貝塞爾計劃”在國際知名的天文和天體物理刊物上發表了35篇論文，其中中國天文學家發表了16篇論文。通過參加該重大科學計劃，助推了我國甚長基線天體測量學科的發展，培養了年輕天文學家，使他們走在國際甚長基線天體測量學科的最前列。
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