银河系论文

外面有那么多的星系、恒星和行星，就真的没有一个外星人?为什么我们还没有发现他们存在的迹象？这是费米悖论的核心问题。在一篇新论文里，两位研究人员提出了下一个显而易见的问题：人类文明需要存活多久才能收到另一个外星文明的消息？他们的答案是 40万年。对于一个只存在了几十万年、大约在 12000 年前才发明农业的物种来说，400000 年是一段很漫长的时光。这是根据对交流地外智能文明(CETI)的一些新研究得出的。论文题为《我们银河系中可能的 CETI 的数量和这些 CETI 之间的通信概率》。作者是北京师范大学天文系的宋文杰和何高。该论文发表在《天体物理学杂志》上。“作为地球上唯一先进的智慧文明，人类最困惑的问题之一是我们是否独一无二。在过去的几十年里，有很多关于地外文明的研究。”研究其他文明总是令人困惑的，因为我们只有一个数据点：地球上的人类。尽管如此，许多研究人员仍将这个问题作为一种思想实验，使用严格的科学指导方针。例如，2020 年的一项研究得出结论，银河系中可能有 36 个 CETI。“我们一直想知道以下问题的答案。首先，银河系中存在多少 CETI？这是一个具有挑战性的问题。我们只能从一个已知的数据点(我们自己)中学习。”作者写道。这就是德雷克方程的用武之地。基于我们对银河系不断增长的了解，德雷克方程试图估计我们银河系中可能有多少 CETI。但德雷克方程有其缺陷。例如，它的一些变量的取值纯粹依赖人类的直觉，所以由它估算出的文明数量是不可靠的。但德雷克方程更像是一个思想实验，而不是实际的计算工具。我们必须从某个地方开始，而德雷克方程就是一个出发点。它也是这项新研究的起点。“大多数关于费米悖论的研究都基于德雷克方程。这种方法明显的困难之处在于，要量化生命可能出现在合适的星球上并最终发展成先进的交流文明的概率是不确定和不可预测的。”那么，如果我们甚至不知道可能有多少个 CETI，又是如何得出 400000 年的答案呢？他们的论文概述了以前为了解银河系其他文明所做的一些科学努力。例如，他们引用了 2020 年的研究，估算银河系中有 36 个 CETI。这个数字来自涉及银河系恒星形成 历史 、金属丰度分布以及恒星在其宜居带内拥有类地行星的可能性的计算。那篇论文澄清说，“[T]外星智能和交流文明的主题将完全处于假设领域，直到做出任何积极的检测”。但他们也指出，科学家们仍然可以基于逻辑假设产生有价值的模型，“这至少可以产生对此类文明发生率的合理估计”。这项研究提出了一些相同的想法。它处理两个参数。第一个涉及有多少类地行星是可供居住，以及这些行星上的生命多久演变成 CETI。第二个是主星演化的哪个阶段会诞生CETI。研究人员在计算中为这些参数中的每一个都赋予了一个变量。生命出现并演化成CETI的概率为(fc)，主星演化所需的阶段为(F)。宋和高 使用这些变量的不同值进行了一系列 Monte Carlo 模拟。他们得出了两种情况：乐观的前景和悲观的前景。乐观情景使用 F = 25% 和 fc = 。因此，在 CETI 出现之前，一颗恒星的生命周期必须至少达到 25%。对于每个类地行星，CETI 出现的几率只有 。这些乐观的变量取值创造了超过 42000 个 CETI，这听起来很多，但考虑同时出现的时间窗口，则大大减少了通信机会。此外，我们还需要再生存 2000 年才能实现双向通信。这听起来几乎触手可及。但这是让宇宙看起来很友好并被其他欢迎文明居住的乐观情景。也许他们中的一些人已经在互相交谈，我们只需要加入群聊。现在是悲观的情况。在悲观情景中，F = 75%，fc = 。因此，一颗恒星要到更老的时候才能拥有 CETI，并且任何单个类地行星拥有 CETI 的概率下降到微乎其微。这种悲观的计算在银河系中只产生了大约 111 个 CETI。更糟糕的是，我们还需要再活 40 万年才能与他们进行双向交流。 (从这角度来看，星际迷航开始于 22 世纪中叶。)这就是大过滤器的用武之地。大过滤器是阻碍物质变成生命然后发展成为先进文明的东西。作者提出了这个话题：“然而，有人提出，由于许多潜在的破坏，例如人口问题、核毁灭、突然的气候变化、流氓彗星、生态变化等，文明的寿命很可能是存在自我限制的。如果世界末日论点是正确，对于某些悲观的情况，人类在灭绝之前可能不会收到来自其他 CETI 的任何信号。”科学家们在他们的论文中写道：“fc 和 F 的值充满了许多未知数。”我们无法确定地知道这些东西，但我们不得不去 探索 它。这是人性的一部分。他们写道：“目前尚不确定有多少比例的类地行星可以孕育生命，而生命演化为 CETI 并能够向太空发送可探测信号的过程是高度不可预测的。”人类会遇到另一个文明吗？这是我们最引人注目的问题之一，几乎可以肯定，现在看到此文的人永远不会有答案。或者，很可能，我们永远不会有答案，而大过滤器会阻止我们找到答案。但是，如果人类需要一个目标，一个可以坚持的目标可以保持希望，那么与另一个 CETI 交流的梦想可能会实现。

在人类仰望星空之前，宇宙就已经存在了千万亿年。

人类似乎一直都对宇宙 探索 抱有极大的兴趣。自古以来， 人们都没有放弃过对于万丈星空的观测和记录 。带着对于宇宙这一神秘而未知空间的好奇，人类发明了各种各样的天文观测工具，改良了无数的天文观测方式，从望远镜到射电天文观测，人类 逐步了解到天文规律和宇宙中的各种射线信号波，并从中抽丝剥茧，试图弄懂宇宙的起源和根本原理 。

后来，随着航天技术的迅猛发展，人们得以真正踏足于宇宙之中，才知人类于宇宙而言，不过是沧海一粟、井底之蛙。甚至，以人类现在最顶尖的 科技 水平都飞不出自身所处的太阳系；而 太阳系对于更为广袤浩瀚的银河系来说，也只不过是边缘地带的一颗不起眼的星系 。

所以，虽然我们人类居住的地球对于银河系来说更加渺小而不起眼，但是银河系仍然是我们的居住所在，是人类在这无边星海里的一个归属。

然而，美国科学家的一个惊人发现，却让众人大跌眼镜。据称， 银河系旋臂已经发生断裂，银河系可能正在解体 。这是怎么回事呢？难道我们人类所居住的 银河系已经不再安全了吗？ 末日是否即将来临？

先让我们了解一下人类所居住的银河系究竟是怎么一回事。

银河系，是太阳系的所处星系，呈椭圆形，具有巨大的盘面结构，由五条相互对称的旋臂组成， 每条旋臂之间相距四千五百光年 ，作较差自转。银河系所具有的恒星数量共计在一千亿到四千亿之间，是 太阳质量的万亿倍 ，大概已经有100亿年的形成 历史 ， 形成于宇宙大爆炸之后的38亿年 。

银河系由内向外分别由 银心、银河、银盘、银晕、银冕 组成，越靠近银河中心的恒星越老，通常都是星球末年期的白矮星，而银河外围都是年轻和新生的恒星，我们的太阳以及太阳系就是其中的一员， 我们在地球上可以用肉眼观察到的行星全是来自银河系 。

我们天文所观测到的 “银河” ，也是 银河平面上的带状弧光 ，这些光是银河平面上其它行星和天体累积的光亮。在冬季观测银河，可以看到由天狼星和南河三、参宿四构成的 “冬季大三角” 。

银河系还有两个 伴星系 ，分别是 大麦哲伦星系和小麦哲伦星系 。而银河系本身也正在通过缓慢吞噬周边矮星系的方式来壮大自己，目前，银河系的范围已经膨胀增加了百分之五十，巨大的体积使得它 更加容易与周围的星系发生碰撞 。

并且，根据人们的观察发现，M31仙女星系正在以每秒三百公里的速度朝银河系缓慢挪动，大概需要 三十亿到四十亿年后 ，仙女星系就会与银河系发生碰撞。所幸的是，太阳系或许不会因此受到影响，相反，这两个星系碰撞以后可能又会花上几十亿年的时间来互相合并，变成一个更大的星系。

银河系有五条主旋臂，五条旋臂呈螺旋状结构排列并旋转，尽管旋臂之间经常会发生合并分支和扭曲，但总体结构还算是非常稳定， 在暗物质的“骨骼支撑下”，平稳地运行并不断壮大自己 ；且太阳系所处的旋臂位置也十分 安全且温暖 ，不会受到来自银河系心的强烈辐射，也不会被轻易地甩入茫茫宇宙，因此科学家们一直认为不用对银河系过于担心。

直到科学家们忽然发现， 银河系旋臂已经发生断裂！ 一篇研究银河系射手旋臂的高俯仰结构论文，向我们揭示了悬臂断裂的具体情况。

在此之前，由于人们对于恒星演化的认知局限性，天文研究人员在绘制银河系地图的时候都面临了一些困难和疑惑，以至于银河系地图都不够精准和完善。直到最近因为 天文测量技术的逐步完善 ，人们对球状星云团的分析研究才知道银河系银心的位置并根据恒星位置将旋臂结构进行定位， 形成了如今较为普遍认知的银河系结构图 。

而这篇论文的研究团队，则在原先银河系结构图的基础上进行更加深入的研究升级和不懈努力，并 绘制出的号称“最精确”的全新银河系3D结构模型图，向我们展示出银河系的真实模样 。

在这个全新银河系结构图之中我们可以看到， 银河系的船底-人马旋臂上有一个断裂，这个断裂的“碎片”是一组额外伸出的恒星和气体云，它的方向与旋臂的主要旋转和结构方向都存在着巨大的差异 。

据悉， 人马座臂的俯仰角仅为十二度左右，而这部分“碎片”的俯仰角则有六十度 ，因此，看上去这块“碎片”的星云里的恒星都在 试图逃逸出银河系 ，造成了人马旋臂“断裂”的现象。

但是也有科学家认为，这条突出的“碎片”可能只是旋臂上类似于枝丫的特殊结构，具有一定的规律性和秩序性。无独有偶，在其它螺旋星系的旋臂上其实也存在类似的“断裂”结构。所以，可以推测出， 这种“断裂”的“碎片”也只是银河系发育过程的正常部分，不值得人们大惊小怪 。

虽然目前这坨旋臂上的“断裂”并不会造成解体，但是银河系可能也会因为其它潜在的危险因素而解体。因为，科学家研究发现，银河系边缘的恒星运动速度产生的离心力已经远超过银河系中心能提供的引力，这意味着 银河系边缘的恒星迟早会脱离银河系中心的引力单独行动，从而造成银河系的解体 。

但是这个担心并没有发生，很快，人们就证实了暗物质的存在，而银河系之所以在运行过程之中没有分解散架，正是因为宇宙之中无处不在的暗物质为星系提供了一部分引力，充当了星系的骨架。所以， 银河系不会轻易解体 。

而科学家仍然没有放过对于银河系即将毁灭的蛛丝马迹， 有科学界在观测LA型超新星时发现这个星系的天体远离速度超过预期 ，经过研究发现，这是因为 与暗物质性质相斥的暗能量正在加速宇宙的膨胀 ，如果这样的膨胀不会中止，那么最终会把所有星系都扯碎撕裂。不过，宇宙膨胀导致星系撕裂可能还需要一个十分漫长的时间，甚至远超于人类对于时间的理解和想象。

而银河系未来真正要面临的难题，是 三十多亿年后与仙女星系的合并 ，并有可能形成新的旋臂或星系。

不过，也有人认为， 黑洞可能会吞噬银河星系 。这是因为银河系的中心一个巨大质量的黑洞，位于人马座A之中，其体积是 太阳质量的四百万倍 ，距我们大约有亿光年之远，这颗大质量黑洞正在慢慢地吞噬着周围的行星，甚至可以征服整个银河星系内的所有天体。

值得注意的是，这颗大质量黑洞的平均密度却低于一般黑洞。因此其体积增长潜力也更大，据悉， 这颗黑洞的吞噬力也随之增长了三倍 ，在其增长的过程中，视界附近的 潮汐力会明显减弱 。而这个位于人马座之中的黑洞在吞噬周围物质的过程之中，物质落入黑洞会摩擦生热产生光亮，引起人马座A的亮度变化。

虽然谁也不知道黑洞最终会发展成什么样，但是如果黑洞继续进行增长扩大，确实会吞噬掉整个银河系，而我们太阳系和地球也绝对不会幸免。只不过，与暗能量撕裂宇宙所担心的那样， 目前黑洞还并不能把我们怎么样，等到它膨胀到足以威胁太阳系的程度，我们人类可能都已经灭绝了 。

讨论完毁灭银河系的一万种方式，我们不妨再来看看“银河系绕一圈，地球就会毁灭一次”的传言，来 探讨地球这颗人类最后的底线和家园，其命运走向会如何变化 。

地球围绕太阳一圈是一年，月球绕地球一圈是一天。那么太阳系绕银河中心转一圈则需要用“银河年”这个单位来计算。据悉， 一个银河年大约等于亿个地球年，根据地球目前的寿命来算，地球已经经历了大约20个银河年 。

而地球每经历一次银河年的节点，似乎就会发生一次毁灭性打击。譬如距今刚好亿年前， 毁灭一代霸主-恐龙的事件就很好地佐证了这个“银河年诅咒”的说法， 而恐龙的灭绝正是因为地球遭受了不可磨灭的毁灭性打击。

再往前推一个“银河年”，正是海洋动物盛行的时期，但最终也因为 地球的极端气候导致许多海洋物种的灭绝，催生了海洋生物走上陆地的演化之路 。似乎也在印证“银河系年诅咒”。

不过，银河系绕一圈，地球就毁灭一次的说法并不严谨。因为 一个银河年并不是导致地球物种毁灭的根本原因 ，而地球物种的毁灭也不全是按照银河年的规律而毁灭的，所以， 强行将两者联系在一起的说法并不算可靠 。

所以，人们对于银河系旋臂断裂的担忧，也正显示出 人类将地球的命运与银河系的命运联系起来 。人类对银河系未来的无限遐想和猜测，都是人类对自身未来命运的担忧与人类在宇宙之中所处地位的生存迷茫。

虽然所有会让银河系乃至地球毁灭的猜想都离人们很远，远超于人类对目前时间尺度的认知，但是 人类却仍然试图弄懂所有使得自身命运走向灭亡的可能性 ，这其中也折射出 人类对于宇宙本质和原理认知的局限 。不过，正是由于这些未知，才促使我们人类 科技 和文明的进步，以发展到足够强大的地步在面临危及存亡的末日局面时也能活下去。

科学家发现银河系经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成；而后，T.赖特、I.康德、.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。1750年，英国天文学家赖特（Wright Thomas）认为银河系是扁平的。1755年，德国康德和郎伯特（Lambert Johann heinrich）提出了恒星和银河之间组成一个巨大的天体系统。1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体，并认为太阳系位于银河的中心。1918年，美国天文学家沙普利（Harlow Shapley）经过4年的观测，提出太阳系应该位于银河系的边缘。1926年，瑞典天文学家林得布拉德（Lindblad Bertil）分析出银河系也在自转。在18世纪后期，.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在其中心。沙普利计算出：银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距，这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代，银河系自转被发现后，沙普利的银河系模型得到公认。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。包含1200亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约亿年。银河系的目视绝对星等为－等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，占主流的观点认为，银河系在宇宙大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在125亿岁左右，上下误差各有5多亿年。而科学界认为宇宙大爆炸大约发生于138亿年前。2014年，科学家公布了最新的观测数据，银河系的质量仅为仙女座的一半。这个研究结果来自一支国际研究小组，包括卡内基·梅隆大学的宇宙学家马修·沃克，他们的研究论文发表在英国皇家天文学会的月刊上。论文指出，研究小组使用了一种全新的方法去测量星系的质量，比以往的测量方法更加精确。2015年3月，科学家使用斯隆数字巡天勘测数据分析了银河系边缘恒星的亮度和距离，结果发现银河系边缘像瓦楞纸板一样，存在皱褶结构，凹槽中存在着恒星。实际上这些恒星区域也是银河系的一部分，真实的银河系比之前预想大50%。