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《時(shí)空波動(dòng)論》第九章：銀河系與宇宙現(xiàn)狀的完美解釋下 1

作者：陳少華

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◎當(dāng)恒星A處于銀河中心突起的圓球內(nèi)部，輻射壓會(huì)隨著r發(fā)生怎樣的變化？

大家注意到，前面的運(yùn)算中，并未涉及到銀河中心附近的恒星。如果恒星A公轉(zhuǎn)半徑小于1萬(wàn)光年，處于銀河中心突起的圓球內(nèi)部，那它受到的輻射壓會(huì)隨著公轉(zhuǎn)半徑r發(fā)生怎樣的變化呢？

上一節(jié)用到了這個(gè)結(jié)論：當(dāng)公轉(zhuǎn)半徑r在1萬(wàn)光年以內(nèi)時(shí)，恒星A所受輻射壓與公轉(zhuǎn)半徑r成正比?，F(xiàn)在就來(lái)證明這個(gè)結(jié)論。

恒星A的公轉(zhuǎn)半徑從銀河中心的0位置開(kāi)始慢慢增加，A如果處于銀河中心，那么兩側(cè)的恒星體積與質(zhì)量完全相等，產(chǎn)生的輻射壓場(chǎng)強(qiáng)度一樣，方向相反，A所受到的輻射壓為0.

隨著公轉(zhuǎn)半徑的逐漸增加，恒星A兩側(cè)的恒星體積與質(zhì)量發(fā)生變化，一個(gè)增加，一個(gè)減小。兩個(gè)星群質(zhì)心距恒星A的長(zhǎng)度也開(kāi)始變化。一個(gè)越來(lái)越大，一個(gè)越來(lái)越小。其輻射壓場(chǎng)在A點(diǎn)產(chǎn)生的輻射壓強(qiáng)度之差也開(kāi)始差距越來(lái)越大。

平均而言，銀河系中恒星與恒星之間相隔約4光年。太陽(yáng)與距離最近的恒星——比鄰星相隔大約4.2光年，太陽(yáng)附近每立方光年的空間中平均只有0.004顆恒星，即每250立方光年的空間內(nèi)才會(huì)有一顆恒星。

相比之下，銀河系中心突起的圓球狀體分布著很高密度的恒星。銀心附近的恒星分布極為密集。將近30萬(wàn)顆恒星聚集在銀心周圍的1立方光年空間中，這意味著恒星與恒星之間的平均距離僅為6光天，相當(dāng)于地球和太陽(yáng)距離的1000倍。在距離銀心130光年的空間中，存在著大約1000萬(wàn)顆恒星，這相當(dāng)于平均每立方光年的空間中有7200顆恒星。正是由于大量的恒星聚集在銀心周圍，使得銀心附近變得十分明亮。

銀河系中心突起的圓形體半徑是1萬(wàn)光年。現(xiàn)在就來(lái)探討當(dāng)恒星A的公轉(zhuǎn)半徑在0到1萬(wàn)光年之間發(fā)生變化時(shí)，A所受到的輻射壓會(huì)發(fā)生怎樣的變化。

仍然垂直于銀盤對(duì)恒星A所在位置進(jìn)行截面，在中心圓球的范圍內(nèi)得到的是一個(gè)圓。在全銀河系范圍內(nèi)得到的是一個(gè)橢圓。現(xiàn)在要求先出銀心圓球?qū)阈茿產(chǎn)生的輻射壓，故先來(lái)研究中心圓球范圍內(nèi)得到的這個(gè)圓。等到要計(jì)算銀河系對(duì)恒星A產(chǎn)生的輻射壓時(shí)，就需要研究那個(gè)橢圓截面了。

如果恒星A位于銀河中心，這個(gè)圓的半徑就是中心突起圓球的半徑1萬(wàn)光年。隨著公轉(zhuǎn)半徑的增加，這個(gè)截面圓的半徑會(huì)逐漸減小。

見(jiàn)下面圖片：垂直于銀心突出球體進(jìn)行截面，得到一個(gè)圓。

圖片：垂直于銀心突出球體進(jìn)行截面，得到一個(gè)圓

（以下為銀河系7）

圖片：PA左與PA右兩個(gè)函數(shù)圖像曲線對(duì)比

PA左與PA右兩者的差距從最開(kāi)始的迅速增加，到后來(lái)的緩慢增加，約在r＝2萬(wàn)光年時(shí)增加到最大值。特別需要注意的是，在r＝1萬(wàn)光年時(shí)，P兩側(cè)差的上升斜率下降為K1。這意味著r在這里增加1光年，P兩側(cè)差增加K1的數(shù)額。接著P兩側(cè)差的上升斜率就下降為小于K1，即r再增加1光年，P兩側(cè)差增加的數(shù)額開(kāi)始小于K1。

可以將函數(shù)P兩側(cè)差＝PA左－PA右的圖像曲線也畫出來(lái)，如下圖所示：

圖片：恒星A受到的輻射壓P兩側(cè)差＝PA左－PA右的函數(shù)圖像

圖片：P球體第二大項(xiàng)P球體扣除的函數(shù)圖像

P球體＝PAB－P球體扣除。由于P球體扣除的影響，P球體的圖像將在函數(shù)PAB 圖像的基礎(chǔ)上發(fā)生這樣的變化：100到5000光年時(shí)，PAB 下降的斜率增加，變得更加陡峭一些。5000到1萬(wàn)光年，PAB 下降的斜率減小，變得更加平緩一些。

畫出P球體(r) 的函數(shù)圖像，如下圖所示：

圖片：P球體(r)的函數(shù)圖像

圖片：P兩側(cè)差（r）與P球體(r)函數(shù)曲線對(duì)比

（以上為銀河系21）

繪出圖像曲線如下圖所示：

圖片：恒星A在銀心球體內(nèi)部所受輻射壓P總的曲線

輻射壓的變化曲線決定了銀河系恒星的分布與公轉(zhuǎn)速度變化曲線。

銀河系形成現(xiàn)在的格局：中心有一個(gè)半徑一萬(wàn)光年的圓球以剛體形勢(shì)自轉(zhuǎn)。原因就在于此。

銀河系半徑從0到1萬(wàn)光年這段空間，恒星受到的輻射壓隨著公轉(zhuǎn)半徑增加而成正比增加。這里的恒星要保持穩(wěn)定，其離心力必須也隨著公轉(zhuǎn)半徑成正比增加。根據(jù)離心力公式：F＝mω^2r，當(dāng)角速度ω相同時(shí)，隨著公轉(zhuǎn)半徑增加，離心力成正比增加。因此這段空間的恒星成為一個(gè)整體開(kāi)始自轉(zhuǎn)。恒星角速度完全相同。恒星所受的輻射壓力與離心力都隨著公轉(zhuǎn)半徑增加成正比增加，這保證了兩個(gè)力隨時(shí)保持平衡。

當(dāng)r超過(guò)1萬(wàn)光年時(shí)，處于這個(gè)位置的恒星A就無(wú)法追隨上這個(gè)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度了。因?yàn)楹阈茿受到的輻射壓到達(dá)最大值后，開(kāi)始隨著r增加而成反比下降。

在r＝1萬(wàn)光年時(shí)，r增加dr時(shí)，恒星A左側(cè)的星群輻射壓減少的量剛好等于恒星A右側(cè)星群輻射壓減少的量。dPA左＝dPA右。P兩側(cè)差＝PA左－PA右保持不變。P兩側(cè)差達(dá)到最大值。恒星A的角速度保持不變，公轉(zhuǎn)線速度也達(dá)到最大值。

當(dāng)恒星A的r從 r+dr繼續(xù)增加dr時(shí)，恒星A左側(cè)的星群輻射壓減少的量開(kāi)始大于等于恒星A右側(cè)星群輻射壓減少的量。dPA左 > dPA右。造成的后果是恒星A受到的輻射壓P兩側(cè)差＝PA左－PA右下降。恒星A如果繼續(xù)維持公轉(zhuǎn)角速度ω與中心剛體保持一致，公轉(zhuǎn)線速度會(huì)繼續(xù)增加。根據(jù)離心力公式，F(xiàn)＝mω^2r，ω不變，r增加，恒星A離心力增加。離心力與輻射壓一個(gè)增加，一個(gè)減小。兩個(gè)力無(wú)法再平衡。恒星A將會(huì)被甩到公轉(zhuǎn)半徑更遠(yuǎn)的軌道上去。

恒星A要想保持兩個(gè)力平衡，根據(jù)離心力公式，F(xiàn)＝mV^2/r，只要恒星保持現(xiàn)在的公轉(zhuǎn)線速度不變，離心力就會(huì)隨著公轉(zhuǎn)半徑r的增加而成反比減小。與輻射壓保持平衡。

所以恒星A的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不再是同中心剛體保持一致，而是比中心剛體的角速度要慢。

當(dāng)公轉(zhuǎn)半徑r繼續(xù)增加時(shí)，恒星A的公轉(zhuǎn)線速度V將會(huì)大幅降低，原因是隨著離開(kāi)中心球體距離增加，中心球體作用到恒星A上的輻射壓會(huì)快速下降。恒星A不得不通過(guò)降低速度來(lái)降低離心力，以平衡大幅降低的輻射壓力。

銀河中心的剛體是完美球體，半徑剛好是1萬(wàn)光年，原因就是輻射壓的變化曲線將中心剛體的范圍限制在了一定的空間內(nèi)。不可能無(wú)限地?cái)U(kuò)充領(lǐng)地。當(dāng)輻射壓不再成正比增加時(shí)，那就是剛體的空間增長(zhǎng)到了盡頭。

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◎銀心球體變成銀心扁球會(huì)產(chǎn)生什么后果？

銀河系在不斷自旋，產(chǎn)生了比較大的離心力。銀心球體很有可能會(huì)在這種離心力作用下改變形狀，最終成為一個(gè)扁球。也就是說(shuō)，這個(gè)球體的厚度或短軸直徑比球體的長(zhǎng)度或長(zhǎng)軸直徑要短。這是一個(gè)微型銀河系。因?yàn)殂y河系就是一個(gè)扁球。

銀心球體成為扁球，會(huì)不會(huì)影響球體范圍內(nèi)恒星所受輻射壓P總呢？P總還是以r的正比在變化嗎？

設(shè)這個(gè)扁球的高度為2a.長(zhǎng)度為2b.將這個(gè)扁球在銀心處垂直于盤面進(jìn)行截面，得到一個(gè)橢圓，短軸半徑是a，長(zhǎng)軸半徑是b。

見(jiàn)下面圖片所示：

圖片：垂直銀心扁球進(jìn)行截面得到一個(gè)橢圓

銀河系也是一個(gè)這樣的扁球。所以可以直接拿銀河系的體積計(jì)算公式來(lái)計(jì)算扁球的體積。

內(nèi)部的恒星A所受的來(lái)自銀河系的輻射壓計(jì)算公式。

P兩側(cè)差? 就不用分析了。前面已經(jīng)得出了結(jié)論，并畫出了曲線。

P球體的分析結(jié)論是：P球體在r小于0.3萬(wàn)光年時(shí)以r的一次方反比下降。當(dāng)r大于0.3萬(wàn)光年時(shí)，下降速度比r的一次方反比快一些。約為以r的1.2次方反比下降。

只要對(duì)P扁球進(jìn)行分析，如果能得出結(jié)論：P扁球的下降斜率不比P球體更快，那么P兩側(cè)差與P扁球組合在一起形成的P總就會(huì)在1萬(wàn)光年的公轉(zhuǎn)半徑內(nèi)與r成正比增長(zhǎng)。銀心扁球就能在半徑長(zhǎng)達(dá)1萬(wàn)光年的范圍內(nèi)以一個(gè)剛體形式自轉(zhuǎn)。

P扁球的下降斜率只要不比P球體快，那么銀心圓球變成扁球就不值得奇怪，這是可以解釋的情況。如果P扁球的下降斜率比P球體還要緩慢，那么銀心球體變成銀心扁球就是一件必然會(huì)發(fā)生的事情。如果P扁球的下降斜率比P球體要快，那么銀心球體會(huì)變成銀心扁球這件事就是一個(gè)令人無(wú)法理解的難題。

情況會(huì)是哪一種呢？

P扁球＝P扁球AB －P扁球扣除這一項(xiàng)是計(jì)算銀心扁球輻射壓的，因?yàn)殂y心扁球相當(dāng)于一個(gè)小型的銀河系，可以將P扁球AB －P扁球扣除與計(jì)算銀河系輻射壓的公式P總＝2V（r）+P12－P扣除。進(jìn)行對(duì)照分析，尋找共同點(diǎn)。P扁球AB －P扁球扣除與2V（r）+P12－P扣除本質(zhì)上是相同的。P12可以不去管它了。因?yàn)殂y心扁球內(nèi)是沒(méi)有又一個(gè)以剛體形式用高于銀心扁球自轉(zhuǎn)速度在高速自轉(zhuǎn)的銀心球體的。所以P扁球AB 與2V（r）即P11相同；P扁球扣除與P扣除相同。

P總＝2V（r）－P扣除，即P11－P扣除。對(duì)這兩項(xiàng)的分析，想必大家還記憶猶新。P11當(dāng)然大部分區(qū)間（0到3萬(wàn)光年區(qū)間，相當(dāng)于0到0.6R區(qū)間）一直隨著r的增加而以正反比的速度在下降。在r到扁球邊緣地帶時(shí)（4萬(wàn)到5萬(wàn)光年區(qū)間，相當(dāng)于0.8R到R區(qū)間），P11下降的速度稍快一點(diǎn)，達(dá)到r的1.2次方反比。

2V（r）與V扁球AB 其實(shí)本質(zhì)上一樣，都是指恒星A截面到與銀心對(duì)稱的B截面之間的星群。兩者現(xiàn)在形狀都是扁球體，所以2V（r）產(chǎn)生的輻射壓P11與V扁球AB 產(chǎn)生的輻射壓P扁球AB? 兩者的變化曲線基本一致。

銀心扁球的長(zhǎng)軸半徑b＝1萬(wàn)光年。P扁球AB也在大部分區(qū)間（0到0.6b區(qū)間，即0到0.6萬(wàn)光年區(qū)間）都一直隨著r的增加而以正反比的速度下降。當(dāng)r到達(dá)銀心扁球的邊緣地帶時(shí)，0.8b到b區(qū)間，也就是0.8萬(wàn)光年到1萬(wàn)光年區(qū)間時(shí)，P扁球AB下降的速度稍快一點(diǎn)，達(dá)到r的1.2次方。

這比銀心球體的P球體AB 表現(xiàn)得要強(qiáng)。

銀心球體的P球體AB 變化曲線顯示，只有確保在0.3萬(wàn)光年的范圍內(nèi)PAB以r的正反比形式下降，在0.5萬(wàn)光年到1萬(wàn)光年區(qū)間，P球體AB 以r的1.2次方反比下降。

也就是說(shuō)，相比P球體AB ，P扁球AB 在更大的范圍內(nèi)（0到0.6萬(wàn)光年區(qū)間）保持以r的正反比速度下降。在更小的范圍內(nèi)（0.8萬(wàn)到1萬(wàn)光年區(qū)間）以r的1.2次方反比下降。顯然，P扁球AB 的下降曲線比P球體AB 要平緩。這對(duì)P扁球的下降曲線變得平緩更加有利。

顯然，銀心球體變成銀心扁球后，P扁球AB 表現(xiàn)得更為出色，下降斜率更加平緩。

那么P扁球扣除表現(xiàn)如何？能否超越P球體扣除呢？

答案是這樣的：P扁球扣除與P球體扣除都負(fù)有降低P總下降斜率的使命，兩者完成使命的能力不相上下。但是，由于扁球的長(zhǎng)度比厚度長(zhǎng)得多，所以P扁球扣除將在更大的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。P球體扣除雖然能完成好使命，但是很快任務(wù)就結(jié)束了。

既然P扁球扣除完成使命的能力與P球體扣除分不出高下，而P扁球AB的下降斜率比P球體AB 要平緩，顯然，在降低輻射壓的下降斜率上，扁球體對(duì)球體占據(jù)著天然的優(yōu)勢(shì)。

銀心球體因此會(huì)自然而然變成扁球。

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◎星系形成扁球形是一種自然而然的過(guò)程

設(shè)球體與扁球體的半徑R都等于1萬(wàn)光年，扁球體的厚度的一半是H0.球體的VA右星群所含有的質(zhì)量與扁球的VA右星群所含有的質(zhì)量計(jì)算公式如下：

球體與扁球體其實(shí)在很多方面都是相似的。既然如此，那么隨著r增加，球體的P球體A右與扁球體的P扁球A右都是一樣的幅度下降。P扣除也是一樣幅度的下降，對(duì)P總斜率的減緩程度一樣。

但這是當(dāng)球體與扁球體半徑相同時(shí)才會(huì)發(fā)生的事。

實(shí)際上，一個(gè)球體一旦向扁球體轉(zhuǎn)變，其半徑一定是擴(kuò)大的。扁球星系所覆蓋的范圍當(dāng)然比圓球星系要寬廣得多。一個(gè)半徑一萬(wàn)光年的球形星系，轉(zhuǎn)變成扁球形星系，半徑肯定增加好幾倍，有希望達(dá)到3萬(wàn)光年左右的半徑。當(dāng)然，球體星系會(huì)變扁，中心厚度下降很多。

能擴(kuò)張范圍當(dāng)然是所有星系都喜歡做的一件事情。所以所有星系都會(huì)毫不猶預(yù)地拋棄掉球體形狀，向扁球形狀轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵是擴(kuò)張了幾倍空間后，3萬(wàn)光年半徑星系的P扁球扣除的功效并不比1萬(wàn)光年半徑星系的P球體扣除的功效小。

一個(gè)1萬(wàn)光年半徑的球體，P扣除只在1萬(wàn)光年范圍內(nèi)發(fā)揮作用，迅速就下降為0，似乎有些可惜。它原本可以在更大的范圍比如3萬(wàn)光年半徑內(nèi)很好地完成任務(wù)，降低P總的下降斜率。

但大自然是不會(huì)浪費(fèi)人才的。正是因?yàn)镻扣除過(guò)快地結(jié)束了任務(wù)下降為0，使得球體的P總在臨近球體邊緣時(shí)下降斜率特別緩慢，甚至還開(kāi)始轉(zhuǎn)跌為升。邊緣恒星的公轉(zhuǎn)速度大幅度提升。星系自旋的速度加快了。

就象是一個(gè)沙盤旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)，恒星受到的離心力大幅升高。會(huì)有很多恒星被甩出去，但這些恒星并不會(huì)脫離星系的束縛。F=V^2/r，很快因?yàn)楣D(zhuǎn)半徑增加而使得離心力下降，離心力重新與輻射壓平衡。這些恒星被甩出去，是邊緣恒星開(kāi)始增加公轉(zhuǎn)半徑，星系的范圍在擴(kuò)大。這是星系在開(kāi)疆拓土。當(dāng)然，星系的厚度也在下降。

星系逐漸從球形轉(zhuǎn)變?yōu)楸馇蛐?。這種轉(zhuǎn)變是自然而然發(fā)生的。

當(dāng)P扣除導(dǎo)致的輻射壓P總下降斜率減緩程度剛好能適用邊緣恒星的公轉(zhuǎn)速度時(shí)，輻射壓曲線就不會(huì)發(fā)生在星系邊緣突然下降斜率大幅度減緩的情況，而是很均勻地一直在減緩，細(xì)水長(zhǎng)流。這時(shí)星系的自旋速度就不再增加了。就不會(huì)有恒星被甩出去，這個(gè)星系就開(kāi)始保持穩(wěn)定。最終這個(gè)星系大多數(shù)情況下會(huì)是如同銀河系這樣的扁球形。當(dāng)然也會(huì)出現(xiàn)例外的情況。

比如，星系太大或太小，那么就不會(huì)形在扁球形狀。太大的星系，是好幾個(gè)扁球形狀的星系組合而成的，會(huì)形成大型的橢圓星系。太小的星系，輻射壓太小，無(wú)法形成合力來(lái)改造星系，形狀會(huì)比較不規(guī)則。

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◎恒星分布密度差異如此大的重要意義

事實(shí)上，P球體扣除有很大可能是無(wú)法起到平緩輻射壓P總下降曲線作用的。

P球體扣除要真正起到平緩P總下降曲線的作用，首先的一個(gè)條件是，P球體扣除會(huì)一直增長(zhǎng)。

這個(gè)條件P球體扣除是滿足的。P球體A右絕對(duì)會(huì)一直比P球體B左要大。兩者的差距在剛開(kāi)始恒星A位于銀心時(shí)是0，隨著恒星A遠(yuǎn)離銀心，兩者差距會(huì)迅速拉大。

第二個(gè)條件是，P球體扣除在某個(gè)位置達(dá)到最大值后，會(huì)一直下降，直到下降到0.只有這樣，P球體扣除才能達(dá)到平緩P總下降曲線的目的。

大家都會(huì)認(rèn)為這是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?。P球體A右在到達(dá)球體邊緣時(shí)，會(huì)等于0. P球體扣除自然也等于0.所以P球體扣除肯定會(huì)在達(dá)到最大值后一直下降到0.

想法是好的。但事實(shí)并不一定如此。

P球體扣除的計(jì)算公式如下：

這個(gè)結(jié)果讓我十分崩潰，一度十分失望，認(rèn)為自已的理論有問(wèn)題。還好，我經(jīng)過(guò)認(rèn)真思索，找到了問(wèn)題的關(guān)鍵：MA右的下降速度并不只是以r的正比在下降。而是以r的平方速度在下降。即MA右與r的平方成反比。原因就是隨著離銀心漸遠(yuǎn)，VA右星群的平均恒星分布密度是越來(lái)越低的。

這下真是山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村。這就需要計(jì)算出VA右星群在處于不同位置時(shí)的平均恒星分布密度，計(jì)算出MA右的正確質(zhì)量。這需要先算出VA右星群的體積均分點(diǎn)，將體積均分點(diǎn)近似為平均恒星分布密度點(diǎn)。

這樣算出來(lái)的PA右才是不斷下降的。

可見(jiàn)銀河系恒星分布密度曲線與銀河系星群體積均分點(diǎn)的位置都對(duì)P扣除完成使命起到了重要作用。如果銀河系的恒星分布密度不是遠(yuǎn)離銀心就越稀疏，如果銀河系的形狀不是一個(gè)厚度越來(lái)越薄的扁球，那么P扣除就不會(huì)達(dá)到最大值，更不會(huì)通過(guò)一直下降來(lái)平緩P總的下降曲線。我就通過(guò)計(jì)算，切實(shí)體會(huì)到了這一點(diǎn)。

也就是說(shuō)，P扣除要想發(fā)揮作用，銀河系的恒星分布密度就必須是離銀心越遠(yuǎn)，恒星分布密度就越稀疏。否則PA右將不但不會(huì)隨著遠(yuǎn)離銀心而下降，反而持續(xù)緩慢上升。導(dǎo)致P扣除也在不斷緩慢上升，無(wú)法完全改善P總下降斜率的任務(wù)。

另外，星群的形狀最好是一個(gè)圓球或扁球。中心厚邊緣薄，離銀心越遠(yuǎn)，厚度就越薄。

這個(gè)特點(diǎn)使得2V（r）星群的體積均分點(diǎn)更靠近銀心。體積均分點(diǎn)可以近似為恒星平均分布密度點(diǎn)。這一點(diǎn)的恒星分布密度可以作為星群的平均分布密度。越靠近銀心的位置，恒星分布密度越大。這意味著扁球式星系中的2V（r）星群擁有更高的平均恒星分布密度。2V（r）星群質(zhì)量更大，產(chǎn)生的輻射壓P11更高。

而P11就是輻射壓P總的主要來(lái)源。尤其在r＝1萬(wàn)光年時(shí)，P11與P12都處于最大值。如果P11比P12要弱，那么P12將在P總中占據(jù)更大的比重。由于P12下降速度十分迅速，達(dá)到了r的2次方反比。那么P總的下速度將會(huì)十分迅速。這對(duì)銀河系來(lái)說(shuō)是很可怕的，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

P11越強(qiáng)，P總下降斜率就越緩慢。所以銀河系是一個(gè)中間厚、側(cè)冀薄的扁球形狀，其實(shí)是很關(guān)鍵的。這個(gè)因素使得2V（r）星群的體積均分點(diǎn)與平均密度點(diǎn)都離銀心更近。從而P11的實(shí)力更強(qiáng)。

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◎成為中間厚，側(cè)冀開(kāi)始越來(lái)越薄，邊緣十分微薄的扁球形體是大多數(shù)星系的歸宿

包括銀河系在內(nèi)的所有星系，都有一個(gè)特點(diǎn)：中間厚，側(cè)冀開(kāi)始變薄，邊緣越來(lái)越薄的扁球形體。從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)一個(gè)星系中間薄，邊緣厚?？梢?jiàn)中間厚邊緣薄是所有星系的共同特征。這個(gè)特征一定是對(duì)星系穩(wěn)定大為有利，才在所有星系的形狀上都表現(xiàn)出來(lái)。

為什么中間厚，側(cè)冀開(kāi)始變薄，邊緣越來(lái)越薄的扁球形狀對(duì)星系穩(wěn)定非常有利呢？應(yīng)該說(shuō)，星系在自旋過(guò)程中，都會(huì)自然而然形成這種中間厚邊緣薄的特征。邊緣恒星就象是被甩出去了一樣，不過(guò)被甩出去的終究是少數(shù)。大多數(shù)恒星還在離星系中心更近一些的范圍內(nèi)。

現(xiàn)在從輻射壓角度，來(lái)對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。

中間厚，側(cè)冀開(kāi)始變薄，邊緣越來(lái)越薄的形狀，之所以對(duì)銀河系有利，是因?yàn)檫@種形狀下的星系里恒星所受輻射壓下降的斜率最緩慢。

銀河系的輻射壓下降曲線如下圖所示：

圖片：銀河系恒星所受輻射壓P總變化曲線

圖片：密度1.5次方反比下降、0到1萬(wàn)光年時(shí)密度函數(shù)斜率是－4.5時(shí)，銀河系恒星分布密度函數(shù)

如果銀河系沒(méi)有這樣的形狀特征，反而是中間薄，邊緣厚，那就麻煩了。能均分V（1）這一形體體積的截面將會(huì)出現(xiàn) 在r＝3萬(wàn)甚至4萬(wàn)光年。這意味著2V（1）的平均恒星分布密度將相當(dāng)于r＝3萬(wàn)甚至4萬(wàn)光年時(shí)的恒星分布密度。

恒星分布密度隨著遠(yuǎn)離銀心的長(zhǎng)度增加而不斷下降，這是無(wú)法改變的事實(shí)。在距離銀心那么遙遠(yuǎn)的地方，恒星分布密度必將下降到十分稀薄的程度。跟銀心球體的平均分布密度，即0.75萬(wàn)光年時(shí)的恒星分布密度相比，2V（1）將只有銀心球體的幾百分之一，甚至上千分之一。即使2V（1）在體積上是銀心球體的5.92倍，那也不頂用了。P11將只在P1中占一個(gè)很小的份額。

P12將掌控銀河系的統(tǒng)治權(quán)。它是十足的暴君，匪氣十足，作威作福，肆意賤踏揮霍銀河系的資產(chǎn)財(cái)富。只轉(zhuǎn)眼間輻射壓P總就會(huì)暴降到一個(gè)讓恒星們不忍直視的數(shù)值。那將會(huì)是一個(gè)所有恒星的惡夢(mèng)。銀河系的解體就是必然的了。

好在這一切并不會(huì)發(fā)生。因?yàn)殂y河系中間厚、側(cè)冀越來(lái)越薄、邊緣十分微薄的特征早就固定下來(lái)了，讓銀心球體抓耳撓腮急不可耐但又無(wú)技可施，只能淚流不止，仰天長(zhǎng)嘆：蒼天啊，你既生瑜何生亮？

銀心球體與它操縱下的P12不得不老老實(shí)實(shí)去做作2V（1）的小弟，被牢牢壓制著出不了頭。2V（1）得以一直支撐著銀河系的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)產(chǎn)生強(qiáng)大而穩(wěn)定的P11輻射壓來(lái)維系著這個(gè)大帝國(guó)的穩(wěn)定繁榮。并在3萬(wàn)光年之后功成身退，將大位傳給P扣除。P扣除在3到5萬(wàn)光年區(qū)間成為銀河系的新王，操控著銀河系的運(yùn)轉(zhuǎn)。銀河系恒星公轉(zhuǎn)速度在此區(qū)間會(huì)有一個(gè)比較明顯的提升，恒星們?cè)赑扣除的領(lǐng)導(dǎo)下，一個(gè)個(gè)動(dòng)力十足，開(kāi)足了馬力在為銀河系的繁榮而賣力的打拼奮斗著。

扁球體與球體都符合中間厚、側(cè)冀越來(lái)越薄、邊緣十分微薄的特征，所以星系如果形成球體，也不必奇怪。那屬于正常現(xiàn)象。但小的球形星系還能穩(wěn)定存在，星系稍大一些，必然會(huì)向扁球形狀轉(zhuǎn)化。

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，小星系形狀并不規(guī)則，什么形狀都有。但比較大的星系絕大多數(shù)都是扁球形。比如銀河系就是如此。

這是因?yàn)楸馇蛐窍涤兄蛐涡窍邓诰哂械膸讉€(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）扁球星系的2V（r）星群產(chǎn)生的輻射壓P11下降斜率更平緩一些。

2）扁球星系所占據(jù)的空間范圍比球形星系大得多。同樣大的質(zhì)量，扁球星系看起來(lái)比球形星系狀觀很多。從最省力實(shí)用原理來(lái)講，大自然中的一個(gè)物體總是希望自已能占有更大生存空間。所以星系一大，就會(huì)自然而然向扁球形狀轉(zhuǎn)化。

3）這是P扣除這一項(xiàng)的作用特點(diǎn)造成的。如果星系半徑范圍太小，P扣除迅速降到0，使星系邊緣地帶輻射壓快速提升。星系將會(huì)以更大速度自旋。這會(huì)使很多恒星被甩到更遠(yuǎn)的公轉(zhuǎn)半徑上，才能達(dá)到輻射壓與離心力的平衡。在P扣除的作用下，球形星系會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為扁球星系。

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◎成為扁球體是絕大多數(shù)大型星系中心球體的宿命

銀河系的中心球體在這種情況下，自然會(huì)不斷向著扁球的形狀轉(zhuǎn)變。扁球形狀的好處多多。不僅P扁球AB 下降的斜率更低，P扁球扣除還能更出色地完成減緩P總下降斜率的任務(wù)。P扁球＝P扁球AB－P扁球扣除，自然更能使P扁球的下降斜率緩慢到令銀河系滿意的程度。

P總＝P兩側(cè)差 + P扁球。P兩側(cè)差的上升曲線保持不變，P扁球的下降斜率比P球體要平緩很多，這使得P球體更容易達(dá)到與r成正比的要求，銀心扁球因此成為一個(gè)剛體高速自轉(zhuǎn)。

如果扁球再扁一點(diǎn)，P扁球扣除任務(wù)完成得更出色一點(diǎn)的話，P扁球下降斜率進(jìn)一步減緩。P總將會(huì)富余到超過(guò)r的1次正比，而達(dá)到r的1.1次方正比甚至更高。那會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？

當(dāng)然，扁雖好，也要有限度哦。銀河系如果太扁的話，會(huì)嚴(yán)重影響2V（r）產(chǎn)生的輻射壓P11的強(qiáng)度，使P11無(wú)法提供充足的輻射壓來(lái)幫助恒星公轉(zhuǎn)。扁球越扁，P兩側(cè)差也會(huì)受到影響而下降。對(duì)P總是很不利的。在扁的程度上，會(huì)找到一個(gè)平衡點(diǎn)，使P兩側(cè)差下降產(chǎn)生的不利影響等于P總下降斜率變得更加平緩帶來(lái)的有利影響?，F(xiàn)在討論的是在這個(gè)平衡點(diǎn)出現(xiàn)之前會(huì)發(fā)生什么情況。

銀心扁球內(nèi)的輻射壓既然這么富余，那么都不止與r成正比了。那會(huì)出現(xiàn)什么情況？難道會(huì)出現(xiàn)隨著公轉(zhuǎn)半徑增加，恒星不僅公轉(zhuǎn)速度增加，連角速度也增加的情況？那銀心扁球就不再是剛體了。

這種情況是不會(huì)出現(xiàn)的。因?yàn)殂y心扁球會(huì)通過(guò)讓自已變與真正的小型銀河系來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

銀河系的典型特征就是擁有恒星分布密度超密集的銀心球體。這個(gè)銀心球體產(chǎn)生的輻射壓P12對(duì)P總來(lái)說(shuō)是一個(gè)讓它頭痛的東西。P12下降的速度太快，使得銀河系恒星的公轉(zhuǎn)速度一再下降。如果不是有P扣除這一項(xiàng)發(fā)威，銀河系真有可能被P12給敗壞掉而解體?？梢?jiàn)P12在增加輻射壓下降速度上確實(shí)很有效率。

既然如此，當(dāng)銀心扁球的輻射壓有富余、恒星們形成剛體自轉(zhuǎn)都消耗不完時(shí)，銀心扁球就會(huì)自動(dòng)在中心形成一個(gè)新的銀心球體。這個(gè)球體的恒星分布超級(jí)密集，自轉(zhuǎn)速度也自成一體。表現(xiàn)在越來(lái)越密集的恒星分布在銀心附近。

也就是說(shuō)，當(dāng)輻射壓有富余時(shí)，銀心就會(huì)自動(dòng)聚集起越來(lái)越多的恒星，使銀心附近的恒星分布密度越來(lái)越大。銀心附近恒星公轉(zhuǎn)的速度也會(huì)越來(lái)越快。這就相當(dāng)于形成了新的銀心球體。這個(gè)銀心球體產(chǎn)生的輻射壓P12會(huì)嚴(yán)重拖累恒星輻射壓，使輻射壓下降速度增加。

這樣下去就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡，使得銀心扁球的輻射壓不會(huì)有富余，而是剛剛好與公轉(zhuǎn)半徑成正比增加。銀心扁球內(nèi)的恒星形成剛體自轉(zhuǎn)，角速度保持一致。絕不會(huì)出現(xiàn)離銀心越遠(yuǎn)，角速度還越大的情況。一旦那種情況出現(xiàn)，銀心扁球就明白，又到了充實(shí)銀心扁球、增加恒星分布密度的時(shí)候了。會(huì)有更多恒星被吸入銀心扁球中，使這個(gè)地方越發(fā)的密集。

事實(shí)上，每一個(gè)星系中的銀心球體都是這樣形成的。

銀河系之所以不會(huì)是圓球形狀，而是扁球形狀，就是因?yàn)楸馇蛐螤罡永诜€(wěn)定，輻射壓下降得更加緩慢。可以有更大可能去開(kāi)疆拓土。

所以，銀心球體變成銀心扁球，實(shí)在是再正常不過(guò)的事情，對(duì)銀心球體保持穩(wěn)定并擴(kuò)大勢(shì)力范圍大為益處。

這也是銀心圓球更傾向于變成扁球的原因。這種形狀下銀河系將會(huì)更加穩(wěn)定。

銀心圓球變成扁球后，由于輻射壓下降斜率更平緩了，銀心扁球?qū)?huì)在更大范圍內(nèi)使輻射壓與公轉(zhuǎn)半徑r成正比變化。銀心扁球的半徑更大，銀心以相同角速度自轉(zhuǎn)的剛體范圍也更大。這就是圓球變成扁球的好處。而擴(kuò)大勢(shì)力范圍與領(lǐng)土疆域，是每一個(gè)實(shí)體都想達(dá)成的愿望。星系也不能免俗。

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◎銀河系自旋的特征

銀河系的自轉(zhuǎn)，是一種"較差自轉(zhuǎn)"。天文學(xué)家通過(guò)精確測(cè)量，得到銀河系不同公轉(zhuǎn)半徑天體的運(yùn)動(dòng)速度。發(fā)現(xiàn)，銀河突起的球形部分，好象一個(gè)剛體，以整體形式自轉(zhuǎn)，其中的恒星角速度相同，公轉(zhuǎn)周期相同。運(yùn)動(dòng)速度離中心越遠(yuǎn)就越大，在r＝1萬(wàn)光年時(shí)達(dá)到最高速度275千米每秒；之后隨著r的增加，恒星公轉(zhuǎn)速度開(kāi)始降低。當(dāng)r為2.5萬(wàn)光年時(shí)，速度為250千米每秒。2.5萬(wàn)到3萬(wàn)光年區(qū)間，公轉(zhuǎn)速度基本可以維持穩(wěn)定，為250千米每秒上下。當(dāng)r為3萬(wàn)光年時(shí)，恒星公轉(zhuǎn)速度開(kāi)始隨著r的增加而緩慢的增加，但角速度仍是減小的。最邊緣的恒星，其速度為275千米每秒。太陽(yáng)位于距中心2.8萬(wàn)光年處，公轉(zhuǎn)速度為250千米每秒。

圖片：銀河系恒星公轉(zhuǎn)速度分布曲線

1、公轉(zhuǎn)半徑從0到1萬(wàn)光年，恒星位于銀河中心的突起球體內(nèi)。這個(gè)球體是以剛體形式高速自轉(zhuǎn)的，所有恒星的角速度ω相同。根據(jù)公式：離心力F＝mω^2r?？芍@個(gè)球體內(nèi)的恒星離心力與公轉(zhuǎn)半徑r成正比。隨著r增加，離心力同比增加。

2、公轉(zhuǎn)半徑從1萬(wàn)光年到2.5萬(wàn)光年，恒星的公轉(zhuǎn)速度開(kāi)始下降。1到1.5萬(wàn)光年速度直線下降，從275千米每秒下降到258千米每秒。1.5萬(wàn)光年到2萬(wàn)光年從258千米每秒下降到251千米每秒。2到2.5萬(wàn)光年速度非常緩慢地下降，從251千米每秒下降到250千米每秒。后來(lái)穩(wěn)定在250千米每秒上下波動(dòng)。

（注意，這張速度分布圖有一部分是我推測(cè)出來(lái)的。我只是在十年前看到過(guò)一張銀河系恒星公轉(zhuǎn)速度分布圖，只記住了大概特征?，F(xiàn)在憑記憶繪出這副圖，必然會(huì)有很多誤差。由于暫時(shí)找不到最新的銀河系恒星公轉(zhuǎn)速度的詳細(xì)分布圖，所以我只能使用很多自已推算出來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)作速度分布曲線。這些速度分布數(shù)據(jù)如果與事實(shí)有一些出入，也很正常。并不代表我的理論有問(wèn)題，只是需要調(diào)整某些階段的下降斜率與銀河系恒星分布密度曲線。）

3、假設(shè)3萬(wàn)到5萬(wàn)光年區(qū)間恒星公轉(zhuǎn)速度是正比例變化的。V＝k(A+r).這個(gè)函數(shù)是V＝12.5*（17+r）。

根據(jù)輻射壓變化曲線推導(dǎo)出銀河系恒星公轉(zhuǎn)速度分布細(xì)節(jié)如下：

r＝1萬(wàn)光年，V＝275千米每秒；

r＝1.2萬(wàn)光年，V＝267千米每秒；

r＝1.5萬(wàn)光年，V＝258千米每秒；

r＝2萬(wàn)光年，V＝251千米每秒；

r＝2.5萬(wàn)光年，V＝250千米每秒；

r＝3萬(wàn)光年，V＝250千米每秒；

r＝3.5萬(wàn)光年，V＝256.25千米每秒；

r＝4萬(wàn)光年，V＝262.5千米每秒；

r＝4.5萬(wàn)光年，V＝268.75千米每秒；

r＝5萬(wàn)光年，V＝275千米每秒；

當(dāng)r＝1萬(wàn)光年時(shí)，P總＝75625；

當(dāng)r＝1.5萬(wàn)光年時(shí)，P總＝44376

當(dāng)r＝2萬(wàn)光年時(shí)，P總＝31500

當(dāng)r＝2.5萬(wàn)光年時(shí)，P總＝25000

當(dāng)r＝3萬(wàn)光年時(shí)，P總＝20833

當(dāng)r＝3.5萬(wàn)光年時(shí)，P總＝18761

當(dāng)r＝4萬(wàn)光年時(shí)，P總＝17226.56

當(dāng)r＝4.5萬(wàn)光年時(shí)，P總＝16050.75

當(dāng)r＝5萬(wàn)光年時(shí)，P總＝15125

做成表格如下：

可以看出，要想使銀河系保持穩(wěn)定，P總的下降幅度雖然可以隨著r增加而不斷下降，但在每一個(gè)區(qū)間下降的幅度不能超過(guò)表格中的數(shù)值。而應(yīng)該與其保持一致。

因?yàn)殡x心力F＝輻射壓力＝mP總。恒星的質(zhì)量m不變，那么離心力是P總是成正比的。P總的下降曲線其實(shí)就是離心力的下降曲線。所以上面這張表也是離心力的區(qū)間降幅表。

也可以用另一種方式來(lái)描述離心力的下降曲線：

這段速度曲線同天文學(xué)家的計(jì)算結(jié)果相悖。根據(jù)牛頓引力定律與開(kāi)普勒定律，如果想讓恒星在此達(dá)到平衡，恒星的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)該是減少的。離銀河中心5萬(wàn)光年的邊緣恒星，速度至多應(yīng)為150千米每秒。而根據(jù)測(cè)量，這個(gè)速度達(dá)到了275千米每秒。很難想象，如此高速下恒星能夠保持平衡態(tài)。

這就是天文學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)面臨的困惑。不得不引入了"暗物質(zhì)"，來(lái)解決這個(gè)矛盾。

其實(shí)，這個(gè)問(wèn)題是可以解決的?，F(xiàn)在運(yùn)用新的輻射壓理論，看是否能得出結(jié)論，在3萬(wàn)光年到5萬(wàn)光年這個(gè)區(qū)域，銀河恒星的輻射壓力與離心力可以達(dá)到平衡？

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◎恒星的輻射壓力隨著公轉(zhuǎn)半徑r的增加而緩慢下降，與離心力下降斜率相同