银河画卷巡测数据所揭示的天鹰座大裂谷方向分子气体的分布特征和结构细节，不同的颜色代表气体具有不同的视向速度。丨图源：紫金山天文台

看看这次的发现为飞向银河系中心的旅行增添哪些奇幻风景吧！

“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”

这里的“河”就是指宇宙中形态各异、遥远而迷人的星系。星系是浩瀚无垠宇宙中瑰丽的奇观，每个星系由百万乃至千亿颗恒星、巨量的气体和尘埃、以及神秘的暗物质组成。千亿个这样的星系如同璀璨的宝石串联在一起，形成了超星系团、宇宙长城、宇宙网和宇宙空洞等更大尺度的结构。星系往往具有蔚为壮观的结构和令人目眩神迷的形态。这些壮美的结构和漂亮的形态令人情不自禁地发问：星系是怎样形成的？它们又是如何演化的？这些也是天文学家们孜孜以求，不断探索和研究的目标。银河系是人类居住的家园，作为人类能详细研究的最近的星系，又具有怎样的神奇呢？

银河下的旷野丨图源：网络

星汉灿烂，若出其里。仰望星空，银河系像一条宽阔的河流，优雅地横亘在夜空中,令人浮想联翩。如果我们从银河系外俯瞰她的全貌，会发现银河系就像一个巨大的旋转喷射的烟花，中心部分是几十亿颗密集的恒星组成的明亮棒，从棒两端延伸出去的螺旋结构是由大量恒星和气体组成的螺旋臂。银河系气势磅礴的螺旋臂和令人惊叹的明亮棒，就形成了一个经典的棒旋星系结构。那么，银河系的旋臂和棒是怎么形成的？银河系中的恒星、尘埃气体、银心超大质量黑洞之间的联系是怎样的？近乎和宇宙年龄一样古老的银河系在宇宙中有什么特殊地位吗？已经 100 多亿岁的银河系未来的命运是怎样的？带着这些有趣的问题，让我们乘坐“自然选择号”宇宙飞船从太阳系出发，向银河系中心（银心）进行一趟奇幻的时空旅行吧。

WISE红外卫星的结果表明银河系是一个有4条旋臂的棒旋星系 | 图源：NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt (SSC-CALTECH)

太阳系位于距离银心约 26000 光年的银盘上。当飞船穿越柯伊伯带和奥尔特云后，我们就离开太阳系进入了银河系广袤无垠的星际空间。继续穿越过银盘上恒星和气体丰富的人马-船底、盾牌-半人马、矩尺等旋臂，以及物质较匮乏的旋臂间区域后，我们将在距离银心约 10000 光年的地方，遇到一条巨大而狭长的尘埃气体带。这条带蕴含着几千万倍太阳质量的尘埃和气体带，是连接着银盘上的旋臂起点和银心中心分子带的大尺度物质结构。受到棒旋引力势的影响，银盘上的气体会沿着棒不断向银河系中心旋转、下落，久而久之就形成了这条犹如巨龙一般的尘埃气体带。

图中等高线（原子氢）及青色（分子氢）揭示了视线方向连续分布的大尺度尘埃气体带。这个 10000 光年长的气体带展现了许多有趣的气体结构（图中红框所示及下图对应的 CO 观测示例）丨图源：紫金山天文台

在穿越这条尘埃气体带时，我们能够见证许多形态各异的壮观气体结构和有趣的气体动力学特征：有孕育恒星形成的长条形分子云、有5000 光年长且犬牙交错的弯曲壳层结构、有横跨 700 光年尺度的弧形弓激波结构、有近 3000 光年长的规则螺线管状弹道结构，以及由于 星云碰撞缠绕而形成的其它神奇结构。银河系的鬼斧神工造就了这些千姿百态的结构，向我们展示着星系中物质分布、运动和演化的种种神奇和不可思议的过程。

银河画卷巡测数据所揭示的分子云丨图源：紫金山天文台

飞到这个尘埃气体带的尽头，我们会继续穿越一个距离银心约 1000 光年的扭曲尘埃气体环，即银心方向的中心分子带。通过银河系的棒旋引力势，银河系盘面上的气体沿棒向中心分子带输送物质，从而形成了这一条长达 10000 多光年的尘埃气体走廊，而中心分子带则从尘埃气体走廊中不断积累物质形成恒星，同时也不断围绕着银心进行复杂的旋转进动。

长约1 kpc的弹道状结构分子气体流，该大尺度分子气体流被银心的棒引力势主导而快速流向银河系中心分子带，为银心附近的恒星形成和黑洞增长补给燃料。丨图源：紫金山天文台

银河画卷巡测数据所揭示的分子云丨图源：紫金山天文台

随着越来越接近银河系中心，我们将感受到一股越来越强大的引力，源头来自银河系中心的超大质量黑洞，正不断通过巨大的引力引导着恒星和气体围绕着它绕转。在引力作用下，作为中转站的中心分子带中的物质不断地向这个已经具有四百万倍太阳质量的黑洞滑落，为这个惊人的“巨兽”补充食物。有时，这个吃饱的“巨兽”会打个心满意足的饱嗝，从而产生极端强烈的喷流现象：具有极高速度的物质像喷泉一样冲出银盘并在垂直盘面的上、下两端形成几万光年尺度的巨大空腔。这些喷泉会向银河系周围喷洒大量的物质和能量，也会影响到流向“巨兽”的食物链，抑制其继续增长。“饱嗝”喷泉停止后， 吃饱的“巨兽”慢慢安静下来，随后又开始偷偷摸摸地从银盘上攫取物质，继续进食。

半人马A星系中心黑洞向外射出高速喷流丨图源：ESO/MPIfR/NASA

这个“吸积—爆发 —停止吸积 —停止爆发 —再吸积”过程的循环往复，调制着银河系的演化节奏。整个演化过程中，银盘上的物质循环和角动量再分配决定了时间长河中银河系所展现出的万千姿态。如果受到外来星系的扰动，银河系实际的形态和演化会更加复杂。根据目前的观测推算，大约 40 亿年后，银河系将与 250 万光年外的仙女星系（M31）发生碰撞，导致两个星系发生并合，这个极端事件会主导银河系未来的演化。但并合后的银河系不会死亡，相反，获取更多外来物质的银河系会更加活跃。

银河系与仙女星系发生碰撞的遐想图丨图源：网络

横亘夜空的银河系，瑰丽壮观，作为人类的家园，更是宇宙中独一无二的瑰宝。银河系气势磅礴的旋臂等大尺度形态和包罗万象的内部结构，令人目眩神迷，叹为观止。

浩瀚宇宙无垠，璀璨星河万千。当我们望向星空深处，总会被宇宙之美所吸引，神秘的宇宙比我们想象的更加广阔和深邃，让我们的内心充满了敬畏和向往！这种敬畏和向往激励我们保持好奇，激发我们继续探索！

作者简介

苏 扬

中国科学院紫金山天文台副研究员，银河画卷巡天计划骨干成员。研究方向：星际物质循环、银河系物质分布和气体的物理性质、银河系结构、超新星遗迹与星际介质的相互作用和高能宇宙线起源等。

轮值主编：赵海斌

编辑：王科超