银河系“旋臂”产生的原因

20世纪50年代出现了射电天文学，射电天文学就是用无线电望远镜来接收来自天体的无线电波。接收了无线电波，就可以分析天体的情况了。往银河系的旋臂上发射一种特别的无线电波，波长是21厘米。如果有一个射电望远镜，能观测21厘米的波段的话，就能解开银河系旋臂之谜。经过天文学家的观测，证实光学的观测是对的。于是人们认识到，银河系其实和别的旋涡星系一样有旋臂。在20世纪20年代，科学家还观测了很多旋涡星系。这个时候就提出了两个问题：第一个问题，这些旋涡星系是在银河系里，还是在银河系之外？第二个问题，我们观测到的这些旋涡星系基本上都不在银河附近，而是在离银河比较远的地方，这是为什么？天文学家沙普利解释说，这些星云其实都在银河系里。但是，美国天文学家柯蒂斯不这么认为，他认为这些旋涡星系一定是离银河系比较远的，于是他就重点观测了仙女座星云。当时柯蒂斯估计，仙女座星云有50万光年，而银河系大小是10万光年左右，因此50万光年肯定在银河系之外了。但是沙普利不同意，这一场辩论，在天文学上叫做“伟大的辩论”。为什么叫“伟大的辩论”呢？太阳不是银河系的中心，而银河系在众多的星系里，也是一个很普通的旋涡星系。所以这样一个结果意味着不但太阳不是银河系的中心，而且银河系也绝不是宇宙的中心。这样大家就明白了，其实我们生存在一个很大的恒星系统里，这个恒星系统叫做银河系。但是这个银河系其实在宇宙中还是一个很普通的星系。

那么银河系这个旋涡星系为什么会有旋臂？有一种理论认为，在银河系里有一种密度波，而旋臂就生存在密度波密集的时候，即密集的波传到旋臂的时候，就形成了恒星密集的旋臂。实际上太阳有时候就在旋臂里，有时候又出去了。那么有没有观测证据呢？是什么样的观测证据呢？我们知道太阳系中有八大行星，那么八大行星中间的空隙里是什么？我们过去认为是行星际物质。当太阳在银河系的旋臂里穿梭的时候，银河系旋臂里的那些物质就会进入到太阳系。因此我们在太阳系里发现很多不是太阳系的物质，即行星际的物质。太阳在旋臂里有时候穿进去，有时候穿出来，这个就叫做密度波理论。

密度波理论可以很好地回答为什么会形成旋臂。但是旋臂还有一件非常有意思的事情——旋臂是银河系里新的恒星诞生的摇篮。每年，银河系都会有新的恒星生成，老的恒星死去。每100年至少会有一颗星老化，但是新生的星每年就会有10颗左右。那么这样一些新生的星出现在什么地方呢？就出现在银河的旋臂上。为什么呢？因为密度波走到旋臂的时候，它压缩星系的物质，使得恒星的形成成为可能。