仰望星空，你或許會(huì)問(wèn)，銀河系結(jié)構(gòu)是什么樣子的？銀河系里到底有多少恒星，它們每時(shí)每刻進(jìn)行著怎樣的運(yùn)動(dòng)，是否有規(guī)律可循？正是這些問(wèn)題牽繞著一代又一代天文學(xué)家在科學(xué)的道路上不斷前行，揭開(kāi)了一個(gè)又一個(gè)深邃宇宙的真相，推動(dòng)著一個(gè)又一個(gè)天文知識(shí)的革新。

　　銀河系主要包含銀心與凸起的核球、帶著旋臂的銀盤、以及彌散在銀盤周圍的銀暈三部分，其中銀盤是銀河系的主要組成部分，銀河系的發(fā)光物質(zhì)中，至少有九成都在銀盤范圍以內(nèi)。

　　起伏的盤星隊(duì)伍

　　多年前，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)銀盤上太陽(yáng)附近的恒星很不安分，除了繞著銀心做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，經(jīng)常你來(lái)我往，四處溜達(dá)。2018年，筆者所在研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)銀盤上的恒星進(jìn)行分析，第一次在超越太陽(yáng)1.6萬(wàn)光年的范圍內(nèi)， 從速度的角度看到銀河系里恒星不安分的一面，銀盤上的恒星運(yùn)動(dòng)如同水波一樣起起伏伏，呈現(xiàn)星波蕩漾的恒星隊(duì)形。

　　如圖三所示，兩個(gè)恒星隊(duì)伍（運(yùn)動(dòng)子結(jié)構(gòu)）展示了銀盤上太陽(yáng)附近及距離太陽(yáng)1.6萬(wàn)光年遠(yuǎn)的恒星運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。左邊是一個(gè)稱為“北近結(jié)構(gòu)”的恒星隊(duì)伍，向人類清楚展示出他們?cè)阢y心水平方向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；右邊的恒星隊(duì)伍是一組在太陽(yáng)附近的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，圖中展示了這里的恒星在垂直方向上的步伐特點(diǎn)。

　　除了運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，這些恒星芳齡幾許？是銀盤上精力旺盛的年輕族，還是步入暮年的老壽星？這樣的兩個(gè)恒星隊(duì)伍是否一直聚合在一起保持著這樣的非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)？它們背后承載著怎樣的科學(xué)故事？一系列的問(wèn)題引起了研究人員對(duì)這兩個(gè)恒星隊(duì)伍足夠的好奇。

　　剛剛過(guò)去的2019年可謂是一個(gè)天文數(shù)據(jù)豐收年，郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）獲取光譜數(shù)達(dá)到1000多萬(wàn)，成為世界上首個(gè)突破千萬(wàn)量級(jí)的光譜巡天項(xiàng)目，歐空局蓋亞衛(wèi)星（Gaia）也釋放了約10億顆恒星的切向速度信息，機(jī)器學(xué)習(xí)的手段為獲取百萬(wàn)恒星的年齡數(shù)據(jù)提供了支持，如此豐富的資源助力天文學(xué)家繼續(xù)對(duì)銀盤上這兩個(gè)有趣的恒星隊(duì)伍開(kāi)展了進(jìn)一步研究。

　　曲終星散待何年？

　　經(jīng)過(guò)對(duì)距離太陽(yáng)約1萬(wàn)光年、垂向距離銀盤平面約0.16萬(wàn)光年的“北近結(jié)構(gòu)”區(qū)域（對(duì)應(yīng)圖三左圖的恒星隊(duì)伍）更為精細(xì)地分析，基于LAMOST有恒星年齡的數(shù)據(jù)，研究人員對(duì)這個(gè)稱為“北近結(jié)構(gòu)”的恒星隊(duì)伍刻上了時(shí)間演化序列，也就是對(duì)這個(gè)恒星隊(duì)伍做了全面年齡普查，發(fā)現(xiàn)這個(gè)恒星家族中有年輕的，也有年老的，年齡分布跨度大，但總體呈現(xiàn)出來(lái)是一個(gè)相對(duì)年輕的家族；同時(shí)發(fā)現(xiàn)“北近結(jié)構(gòu)”能被人類探測(cè)到的“存活時(shí)間”大概是60億年（如圖五），也就是說(shuō)科學(xué)家計(jì)算出這個(gè)不對(duì)稱的“北近結(jié)構(gòu)”約存在60億年后將“曲終星散”。因?yàn)殡S著恒星年齡的增加，恒星速度彌散變大，大約存在60億年后這個(gè)恒星隊(duì)伍可能會(huì)自行解散。

　　經(jīng)過(guò)研究，科學(xué)家進(jìn)一步確認(rèn)了第二個(gè)恒星隊(duì)伍中，太陽(yáng)外部南北兩邊恒星都向上奔跑的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該非對(duì)稱結(jié)構(gòu)可追溯的“存活時(shí)間”或“敏感時(shí)標(biāo)”為80億年，也就是說(shuō)，這個(gè)結(jié)構(gòu)存在80億年后，該區(qū)域仍會(huì)有恒星活動(dòng)，只是我們不再能察覺(jué)到這個(gè)非對(duì)稱特征了。

　　月有陰晴圓缺，星亦有悲歡離合。相聚的時(shí)間或許是60億年、80億年，但終究還是會(huì)上演銀河時(shí)空里的分離大戲。

　　有了這些恒星隊(duì)伍的“存活時(shí)間”與年齡跨度，我們可以逐步追溯其演化歷史，進(jìn)而促進(jìn)天文學(xué)家對(duì)銀河系集成歷史這一基本問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。

　　恒星們何以“跌宕起伏”  

　　天文學(xué)已經(jīng)逐步從靜態(tài)刻畫宇宙到動(dòng)態(tài)描繪宇宙過(guò)渡，天文學(xué)家通過(guò)對(duì)不同年齡的恒星隊(duì)伍進(jìn)行分類分析，不僅清晰看到了恒星的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并且看到了這些子結(jié)構(gòu)的變化特征。那么是什么樣的物理機(jī)制導(dǎo)致了銀盤上這些子結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性呢？這些恒星隊(duì)伍跌宕起伏、悲歡離合的“背后推手”到底是什么？

　　通過(guò)計(jì)算與比較，研究人員認(rèn)為銀河系里旋臂對(duì)星的攪動(dòng)以及引力作用都是導(dǎo)致銀盤上非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的重要因素；另外，銀盤上的分子云、孤立過(guò)密度區(qū)的坍縮導(dǎo)致的非平衡狀態(tài)的外盤、以及外盤的翹曲特征都可能引起這些“非對(duì)稱結(jié)構(gòu)”的恒星成員聚合，外部鄰居矮星系的擾動(dòng)或者神奇的暗物質(zhì)暈可能也是一部分因素。該研究團(tuán)隊(duì)很有可能在一個(gè)統(tǒng)一的復(fù)雜分布函數(shù)指揮下，銀河系內(nèi)部的不安分加上外部的互動(dòng)，導(dǎo)致了現(xiàn)在銀河系不同區(qū)域不同家族的恒星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但這一系列的奧秘都等待著天文學(xué)家繼續(xù)探索。

　　近兩年來(lái)筆者所在研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于距離太陽(yáng)1.6萬(wàn)光年區(qū)域的恒星進(jìn)行了多方位的追溯，其中包含物理演繹、化學(xué)診斷、時(shí)域剖析，最終獲取了兩個(gè)銀盤上非對(duì)稱恒星結(jié)構(gòu)跌宕起伏的波動(dòng)性運(yùn)動(dòng)特征、年齡變化及整個(gè)結(jié)構(gòu)被人類探測(cè)到的時(shí)間長(zhǎng)度。這讓我們看到了人類賴以生存的銀河系真的是太不安分也太不簡(jiǎn)單了。

　　結(jié)語(yǔ)

　　楊振寧先生說(shuō)“物理學(xué)的迷人之處，在于上帝把最大的秘密和財(cái)富，都隱藏其中”。天體物理學(xué)的迷人之處就在于不斷探索和挖掘上帝隱藏其中的秘密，在不斷探索宇宙結(jié)構(gòu)、起源與演化的過(guò)程中，我們會(huì)不斷逼近宇宙空間真實(shí)的物理圖景，從而得到很多意想不到的發(fā)現(xiàn)。在未來(lái)數(shù)年內(nèi)，該團(tuán)隊(duì)將依托LAMOST、Gaia等巡天利器，把人類的視線帶向更加遙遠(yuǎn)深邃的星空。我們的征途就是風(fēng)光迤邐且曼妙多姿的星辰大海，且從未停止……   

　　致謝：感謝國(guó)家天文臺(tái)劉超研究員和李海寧副研究員對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　3。 Wang H。-F。 et al。， Mapping the Galactic disk with the LAMOST and Gaia Red clump sample。 III。 A new velocity substructure and time stamps of the Galactic disk asymmetry in the disk between 12−15 kpc， 2019a， APJ， 884， 135

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　　作者簡(jiǎn)介

　　王海峰：云南大學(xué)中國(guó)西南天文研究所博士后、中國(guó)科學(xué)院LAMOST特聘青年研究員。研究領(lǐng)域：銀河系化學(xué)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)、星團(tuán)與星際介質(zhì)、天文大數(shù)據(jù)分析等。

　　李雙：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)工程師，LAMOST運(yùn)行和發(fā)展中心宣傳主管。