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太陽在銀河系中的運動速度有多快?

地球環繞太陽的平均公轉速度可以通過多種方法測量出來,例如,可以測量出地球的公轉周期,並計算出地球的公轉軌道周長,從而就能通過萬有引力定律計算出地球的公轉速度;或者通過測量周圍恆星的多普勒頻移,進而得到多普勒頻移的振幅,這樣就能直接算出地球環繞太陽的軌道速度。參考測量地球公轉速度的方法,通過測量太陽的公轉周期以及太陽與銀河系中心的距離,這樣也能計算出太陽的公轉速度。

日地距離很容易測出來,一地球年只有大約365天也很容易測出,但太陽與銀心的距離很難測出來,一銀河年(即太陽環繞銀心公轉一周的時間)也很難測出來。在太陽和銀心之間有大量的星際塵埃擋住,這使得我們一直很難觀測到銀心,所以太陽與銀心的精確距離很難測定出來。另一方面,一銀河年的時間肯定非常漫長,我們不可能等上一銀河年來確定它的時間長度。那麽,這些參數都該如何精確測定呢?

這還要得益於歐洲宇航局(ESA)在2013年發射的蓋亞空間天文台。這項任務有著十分宏大的目標,它要測量銀河系中多達10億顆恆星(大約佔到銀河系恆星總數的0.5%)的位置、距離和自行量,建立目前最為全面的銀河系3D地圖。

在首批公布的數據中,蓋任務測量了20萬顆恆星的信息。再結合澳大利亞天文台(AAO)的徑向速度實驗(RAVE)在10年中所測得的50萬顆恆星的位置、距離、徑向速度和光譜,天文學家測出太陽相對於銀河系中心的運動速度為240公里/秒,太陽到銀心的距離為2.48萬光年至2.67萬光年。等到未來蓋亞任務發布更多的數據,對於太陽公轉速度的測量精度將能提高至大約±1公里/秒,同時太陽與銀心的距離也能得到更精確的測定。

除了太陽系在銀河系空間中運動之外,銀河系同時也在星系際空間中運動。通過測量宇宙大爆炸之後不久所殘留下的余熱——宇宙微波背景異塵餘生,天文學家發現宇宙的平均溫度非常均勻,大約為2.725開爾文(開氏度=攝氏度+273.15)。

不過,溫度在某些地方顯示出略微的浮動,寶瓶座方向的溫度比平均值低了0.0035開爾文,而獅子座方向的溫度比平均溫度高了0.0035開爾文(上圖藍色表示較低的溫度,紅色表示較高的溫度)。天文學家意識到,這種偶極現象是銀河系在星系際空間中高速運動造成的。而且前方必然有一個巨大的引力源在吸引銀河系運動,這個神秘的引力源被稱為巨引源。通過測量,銀河系目前朝著人馬座方向(上圖紅色區域)運動,速度達到了每秒631公里。

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