银河系的星盘为什么是扭曲的？-SAT阅读自然科学类文章背景知识

SAT的用卷规律已被TD SAT教研组破解，想知道未来SAT阅读的文章考哪些话题和文章么？快看我们为大家准备的一篇自然科学干货文， 提前了解这些重点话题的背景知识十分重要，特别是对于即将参加今年SAT的同学来说价值非常大哦 ~ 天文学家有时候说我们所在的银河系的外形就像一张“薄底披萨饼”，饼中间镶嵌了一个梅子果。 这个披萨饼中央的“梅子果”其实是一个由大量年代非常古老的恒星（已经不发光了）构成的长方形的凸起，向饼平面的上方和下方分别凸出约3000光年的距离。 这个梅子就是银河系的核心，里面有一个大黑洞，这个黑洞的质量是太阳质量的250倍。而这个披萨饼的“薄底”，就是银河系的大星盘。 银河系的光线，主要都是这个星盘发出的。这个扁平的薄盘直径10万光年，平均厚度为1000光年。 银行系中有几千亿颗恒星，大部分都位于这个星盘上。 薄底嵌梅子果披萨饼这个比喻是相当形象的，但是比喻都经不起细推敲，这个比喻也是。 这个比喻有两个不恰当的地方。首先，星盘不是一个坚实的一块，而是一些围绕着一个共同引力核心转的物质松散地聚合在了一起。 换一个比喻，把银河系比喻成一阵像旋涡一样围着中心刮的飓风，就比静态的披萨饼的比喻要更确切多了。 其次，银河系不是扁平的，而是扭曲的。 想象一下这样一个画面，一个有技巧的厨师把一个披萨面饼团往空中一抛，这个面饼团就会在空中旋转，自身会扭曲变形。我们的银河系，就跟这样一个被抛到空中的面饼团差不多，松松垮垮、摇摇晃晃地自旋。只不过它旋转的速度比面饼要慢很多，自旋一圈要花几亿年。 为什么银河系会扭曲呢？至今还没有确定的答案。不过银河系不是特例，宇宙中一半的旋转星系都扭曲，只是扭曲程度不同。 之前，科学家们提出了等多个理论假说，并用电脑模型模拟证明，多个理论假说都有可能是正确的，即有好几种不同的物理进程都可能导致银河系的扭曲。问题是，到底是哪一种呢？ 最近美国一位叫贝林的天文学研究生想出了一种创新的分析方法，得出结论——导致银河系扭曲的，是银河系的一个小型“卫星”星系。目前，这个小星系正处于逐渐被银河系的引力撕成碎片的进程中。 这个小星系的名字叫“人马座矮椭球星系”，是1990年代才发现的。 这个星系差不多是以垂直于银河系星盘的方向，绕着银河系中央的那个梅子果在转。它运行轨道的最高处位于银河系核心上方5万光年，最低处位于银河系核心下方5万光年。 这一轨道离银河系太近了，所以这个小星系无法不受银河系引力的拉扯损害。 在数亿年的引力撕扯下，“人马座矮椭球星系”外观已经像面条机制成的几根面条一样了。 其实，一个较大旋转星系和它的一个卫星小星系之间的引力作用，一直都被认为是可能导致较大星系星盘出现扭曲的原因。 银河系最著名的卫星星系是大麦哲伦星系和小麦哲伦星系，不过这两星系的运行轨道离银河系很远，不可能导致银河系扭曲。 而“人马座矮椭球星系”距离银河系的距离只有麦哲伦星系的三分之一，所以导致银河系扭曲的，很可能是它。 不过天文学不像房地产，不是地段决定一切的。 必须证明，“人马座矮椭球星系”的运行，和银河系星盘的旋转，是相关的。  贝林从“角动量”来研究这个问题。角动量是用来衡量一个旋转系统的旋转程度有多严重的指标。 一个沿直线运动的物体，会有一个“动量”；一个绕轴心旋转的物体，会有一个“角动量”。直线运动的两个物体相撞后，动量会相加；旋转中的两个物体相撞后，其角动量也会相加。想象一下这样一个场景。两个人绕着圈在滑冰，然后一个人追上了另一个人，两人接触以后，然后一起继续绕圈。在这一个过程中，两个人的角动量就相加了，两人就有了一个共同的角动量。 贝林具体的做法是，首先根据最新的关于银河系结构和旋转的数据，推导出银河系星盘出现了扭曲现象的那一小部分星盘的角动量。然后将这个角动量和“人马座矮椭球星系”的角动量相比较，结果发现两者是相同的（在误差允许的范围内）。两个物体的角动量完全相同，但是两个物体的运动没有联系，只是碰巧相同，这种情况是几乎从来不会发生的。只有两个旋转中的星系已经相互接触时，才会发生。 所以贝林的发现表明，银河系星盘有一小部分被“人马座矮椭球星系”的引力带着在一块运行了，银河系的扭曲确实与后者有关。 尽管这一情况不能直接证明“人马座矮椭球星系”的运行和银河系的扭曲之间就一定有因果关系，但这一情况至少是一个可靠的间接证据。

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