​飓风眼为什么是平静的（科普关于飓风眼的小知识）

飓风眼为什么是平静的（科普关于飓风眼的小知识）

网友提问：仅仅出于对螺旋星系的好奇，我有个问题：“可以对地球上的飓风与螺旋星系的构成和运动进行比较么？”我所指的“构成”是说，飓风有一个风眼；而螺旋星系有一个中心（可能是个黑洞）。二者都以逆时针方向运动。如果我的叙述中有错误，请指正。我只是好奇是否能得到任何相关的结论。

图解：旋涡星系典型的例子：风车星系（也称为梅西尔101或NGC 5457）

答：这个问题很有趣。虽然螺旋星系和飓风形成的方式如此不同，但的确看起来很像。附上一些很棒的知识点：飓风的结构，螺旋星系相关知识（尤其是银河系）。

图解：比较飓风“伊莎贝尔”和M51号螺旋星系。图片来源：对比，M51图像版权Brian Lula；伊莎贝尔飓风, GHCC, NASA提供。授权转载。

我注意到的第一个重大差异是，飓风确凿无疑是三维的，而螺旋星系是非常薄的盘状、因此几乎处于一个平面上。

图解：哈伯太空望远镜拍摄的NGC 6384。

我认为它们的中心也很难说相似。飓风的中心（风眼）是一个平静的区域，云层比边缘部分要少；而螺旋星系中心的恒星比边缘更多 - 这就是为什么我们能看到一个明亮的中心点。

螺旋星系是否以逆时针方向运动是一个你无法回答的问题 - 它们两种方式都可以，取决于你从哪一侧观察。可以说，它们通常具有拖长的螺旋臂，飓风看起来也一样。

所以有一些表面上的相似之处，但所涉及的物理现象与尺度如此不同，我认为无法从中得到任何结论。飓风是地球引力场中的结构；而星系是太空中的自有引力体。

图解：哈伯太空望远镜拍摄明亮的NGC 3810影像，清晰的演示经典的螺旋臂结构。图片创建：ESA/HST和NASA。

1936年，艾德文 哈勃在其著作《星云王国》中首次描述了形成星系群的螺旋星系，同样也构成了哈勃序列的一部分。大多螺旋星系由扁平、旋转的平盘构成，包含恒星、气体和星尘，以及向中心集中的恒星组成的所谓“膨胀星核”。它们周围通常围绕着微弱得多的恒星晕环，其中许多位于球状星团中。

图解：恒星在螺旋臂中相似的空间分布

螺旋星系得名于它们自中心延展至银盘内的螺旋状结构。螺旋臂是恒星正在形成的位置，这里居住着年轻炙热的OB恒星，因此比周围圆盘更亮。

人们观测到，大约三分之二的螺旋星系具有棒状结构的附加部件，从中心膨胀星核延伸至螺旋星臂的起始点。在宇宙历史中，带有棒状部件的螺旋星系相较它们没有该附件的表兄弟，比例似乎有所变化。80亿年前，大约只有10%带有棒状附件；到25亿年前，则有四分之一；而现在，在可观测的宇宙（哈勃体积）中，超过三分之二都有。

图解：银河系的螺旋臂 – 根据WISE的资料。

我们的银河系就带有棒状附件，但很难从处于银盘内的地球目前所在位置观察到它。星系中心形成带有棒状附件的恒星的最可取信的证据来自于一些最近的调查，包括斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）的观测结果。

在今日宇宙中，螺旋星系和其它不规律星系约占总星系的60%，主要存在于密度较低的区域，在星系集群中央则很少见。

仙女星系（Andromeda Galaxy），也称为“梅西耶31号，M31（Messier 31, M31）”，或NGC 224，最初叫做仙女系星云（Andromeda Nebula，见下文），是距地球大约780千秒差距 (250万光年）的螺旋星系，也是距银河最近的主要星系。它得名于其出现在地球所见天空中的位置：仙女座（constellation of Andromeda）。

仙女星系的维里质量（virial mass）与银河系体量顺序相同，达到万亿太阳质量(10^12M☉)。它们的质量都很难准确估算，但长期以来人们一直认为仙女星系比银河系重约25%到50%左右。但这很值得怀疑，2018年的一个研究引用了一个较为低估的仙女系质量，而同时2019年一个研究的初步报告中，又估算了一个较高的银河系质量。仙女星系的直径约220,000光年，使其至少在延展大小上成为本星系之冠，即使不是质量最重的。