中国科学家首次精确测量出银河系“手臂”的距离
-文/本报实习记者 唐逸
近日，《科学》杂志刊登论文《银河系英仙臂的距离》，确定太阳系到银河系最近的“英仙臂”距离6370光年。这是中国天文学家以第一作者身份发表的研究成果首次出现在该杂志封面上。专家称，依据这个精准数据，人类有望在5年内测量出银河系大小。这次研究对于人类了解银河系大小、结构意义非凡，记者采访了该文第一作者徐烨的导师———南京大学天文系教授郑兴武。
北京科技报：一直以来，科学家们都通过虚拟模型推算银河系相关数据，而这次为何能摒弃以前的测算模式？
郑心武：采用“三角视差法”通俗地说，就好像三角函数的计算，利用地球绕太阳公转，在一年四季地球不同的位置观测同一个天体而得到不同方向的夹角计算天体的距离，同时也可以得到天体的速度。也就是说，同一个天体的方位每隔半年(地球围绕太阳旋转半周)会产生变化，根据这个微小角度可以算出恒星的距离。
南京大学天文系教授郑兴武
北京科技报：新方法是将“三角视差法”和射电望远镜结合起来，采用射电望远镜有何特别之处吗？
郑心武：观测中，我们使用了射电望远镜，它接收的是来自天体的无线电波，即类似于我们日常收音机接收的电磁辐射。为什么要采用射电望远镜？那是因为这种电波的辐射很少被尘埃吸收，因此天文学家总是用这种射电望远镜来看银河系平面上被尘埃遮挡得严严实实的天体。另外要观测那些远的暗的天体，就要增加望远镜的口径。打个比方，摄影记者想拍远距离运动员的照片就要在照相机上加上大口径的镜头。同样在天文里为了增加望远镜的“瞳孔”，用一架望远镜不够，可以用多架分得很开的望远镜组合起来。我们用的就是由10个口径为25米的望远镜组成，其中最远的两个望远镜距离约有8000公里的综合望远镜。它的分辨率可以在1万公里远的地方分辨两个相距5厘米的小球。
北京科技报：据悉，此次研究长达两年，什么是这次重大发现的关键因素？
郑心武：我们从2003年7月至2004年7月间，在选定了英仙臂中的一个分子，5次观测到它离地球的宇宙微波激射后，在长达1年多的时间里，每天除了吃饭、睡觉，就是在电脑跟前进行大量的数据资料处理、测算。如果说处理数据资料仅仅是枯燥、繁杂的话，那么在研究中最令人头疼的就是大气的抖动，因为大气抖动对天体的距离测定有致命的影响，在每次观测前后我们都要测出大气的影响，并加以扣除，这耗费了大量的精力。
北京科技报：精确测量出离地球最近的“英仙臂”的距离后，是否很快就能揭开银河系谜团，得出其大小的准确数字？
郑心武：是的，我们下一步就是和国际工作小组继续合作，测量其他旋臂的距离，测得这些旋臂的距离和速度后，就能建立银河系旋臂的结构。我想，再经过5年的努力，正确的银河系的大小和结构就可能呈现在我们的面前了。但我讲的是“可能”，科学研究是一种探索，是一种创新，任何研究都不能打包票一定成功，我们会夜以继日地加紧工作的。
从上方俯瞰银河系平面，它更像是一只巨大的“八爪鱼”。因为银河系中的恒星并不是均匀分布的，各种星际物质形成的星云、开放星团、新星等集合在一起，看上去就像是从银河系中心向外依逆时针方向延伸出的多条“手臂”，天文学上将它们称为“银河旋臂”。
目前，天文学家们观测到的银河旋臂共有4条，主要以位于旋臂中的星座来命名。太阳系坐落在较短的猎户座旋臂上，位于英仙座旋臂和人马座旋臂之间。旋臂是银河系里新的恒星诞生的摇篮。事实上，银河系每年都会有约10颗新恒星生成，每100年至少会有一颗星老化。新生的星就出现在银河的旋臂上。
银河系“手臂”长度曾经只能推算
银河系是人类居住的星系，从侧面看，外形非常像一个中间厚、边缘薄扁平的盘状铁饼，而如果从上方俯瞰银河系，非常类似气象卫星拍到的漩涡状龙卷风。郑兴武告诉记者：通过观测可以发现，银河系会从漩涡中心向外依逆时针方向延伸出四条“手臂”，天文学上将它们称为“银河系旋臂”。目前，观测到的银河旋臂共有4条，分别以人马座旋臂、猎户座旋臂、英仙座旋臂和外部旋臂命名，其中“英仙臂”是距离地球最近的一条。
银河系是一个不停旋转的盘子状天体的猜想，是1755年德国大哲学家康德在他的论文里提出的，由此也引发了人类探索银河系奥秘的旅程。但是，由于银河平面上有大量的尘埃遮挡，此前的科学家即使使用世界上最大的光学望远镜，也无法测量出几千光年以外天体的距离，而只能是推算。
直接测量颠覆人为假设
科学家们在1976年开始计划通过建立虚拟模型来研究银河系，在推算过程中引入不确定的假设。30年来，现代天体物理的发展越来越感到，这些假设有可能并不正确或部分不正确。郑兴武向记者介绍：“我们采用的方法，不建立在任何模型基础上，没有任何人为的、不确定的假设。”
测算误差不到2.1%
此前，科学家得出的“英仙臂”长度数据有诸多版本，有的认为是6000多光年，有的说是1万多光年，但始终没有一个精确的数据。郑兴武说，这次之所有突破性发现，是将“三角视差法”和射电望远镜组合起来，这种组合实现了人类第一次对“英仙臂”的精确测量———太阳系到银河系最近的距离为6370光年，误差不到2.1%。
中国科学院天文学家李竞说：“三角视差方法、射电望远镜在天文研究中都不是新方法，可最为难能可贵的是将两者结合起来，创出了一套全新的观测方法，得到了精确到个位数的距离数据。在有了精确的数据定量认识后，就能加快人们认识银河系的脚步，来认识宇宙，认识我们的家园。”
到目前为止，精确地给出银河系图像仍然是一件非常困难的事情，徐等人(《科学》杂志2005年12月8日快讯在线发表；参看封面和英国天文学家Binney的观点)精确地对银河系英仙臂上一个星团中几个射电源的成图观测，测出当地球绕太阳运动时在不同轨道位置上射电源视位置很小的移动，用三角视差方法算出了最近银河系英仙臂离太阳的距离。用甚长基线干涉仪，作者测出在银河系英仙臂上年轻星团中这几个射电源的移动。这个星团偏离了银河系绕中心简单的旋转而具有非同寻常的运动，这种运动可能与银河系密度波理论是一致的。
(北京科技报)
