星系优美外形是“舞动奇迹”的产物

哈勃太空望远镜观测了一个奇特的星系，它的形状好似一块极为平顺和圆润的“超级煎饼“，该星系距离地球为2500万光年，它是一个中间厚、周围薄的圆盘结构或螺旋星系，被正式名命为ESO373—8的星系不是一个孤立的，在它的周围环绕了7个星系，8个星系共同组成了互为邻居的星系团，该星系团是银河系中一个更大星系团MGC2997的一个小星系团。从哈勃图片可以看到星系ESO373—8的侧影，从侧面看上去的它好似一个单薄的闪耀着光芒的条纹，巨大的条幅横跨在无比辽阔的星空，所有的星体和星云错落有致地排列在一个扁平形状的星系之内，形成了一个均称而整齐的超大圆盘。

如此多的星体组成了扁平的结构，星系的形状看上去好似一块伸长的薄煎饼。人们的大脑很难想象一个庞大星系的空间造型，人类的力量与形成星系的自然力量相比可以忽略不计，天文学家致力于从自然要素寻找星系形成的力量。当人们停止日常的脚步，仰望星空时，从心里涌现了一个疑问：星系为什么好似一个中间凸起、四周扁平的碟状结构？有某种未知的原因，人们设想了星系形状形成的原因。设想一种情形，人们坐在一张转动的椅子上，当椅子转动时，人们向外伸展了腿，手臂慢慢向内收拢，当人们的身体收缩成一团时会发现，即使没有外力的作用或旁边的人没有推动转动的椅子，椅子的旋转速度也将变得更快。人们在旋转的椅子上获得了体验，而星系在旋转过程中改变了形状，两种运动遵循了同样的物理机理，物理学家将以上的物理效应称为“角动量守恒定律”。

衡量一个作直线运动物体的快慢时，物理学家使用了“速度”概念，衡量一个作圆周运动物体的快慢时，物理学家使用了“角动量”概念，对于一个绕定点转动的物体而言，角动量相当于物体的质量乘上速度、乘上转动物体与定点的距离。角动量遵循角动量守恒定律，当一个转动的物体不受外力的作用时，当物体在旋转过程中突然减少物体质心与定点的距离时，该物体的旋转速度将会加快，反之，该物体的旋转速度将会减慢，而在转速变化的过程中，该物体的角动量保持不变。角动量守恒定律解释了花样滑冰运动员的一个“规范动作”，当花样滑冰运动员的表演动作快要结束时，身体的旋转速度会变得越来越快，他们将手臂和双腿向身体的内侧收拢。

角动量守恒定律解释了地球和太阳似乎永不停息的自转运动，牛顿设想的“上帝之手”和“第一推动力”是多余的，晚年的牛顿回到了自然现象的宗教解释。法国著名天文学家、数学家和天体力学家拉普拉斯（1749—1827）提出了星云收缩的假说，这一假说的理论基础是角动量守恒定律。拉普拉斯认为，形成太阳的星云是一团巨大、灼热和旋转的气体，太阳星云大体为球团形状，逐渐地冷却和收缩，而太阳星云的收缩遵循了角动量守恒定律，在收缩过程中加快了太阳星云的旋转。

在中心引力和离心力的共同作用下，太阳星云逐渐地变成了扁平的盘状。一旦星云在收缩过程中取得了离心力和引力的平衡，部分留存的星云物质演变为一团绕中心转动的球环体，同时形成了几个中心体以外的球环体，在中心位置旋转的球环体最终凝聚成一颗太阳，在中心外围旋转的球环体最后凝聚成太阳系的各大行星。在大行星凝聚的过程中，一部分分出的星云物质球环体在凝聚过程中形成了各大行星的卫星。角动量守恒定律的应用没有例外的情形，从距离地球2500万光年的星系ESO373—8到任何一位在座椅上自由旋转的天文学家或天文爱好者，自然事物都不能违背这一定律。

从一个气体组成的巨大球状体中诞生了星系，开始了星系演变的历程，在球状星云缓慢旋转的过程中，球状气体在引力作用下逐渐向内侧的质心塌陷，星云球体的体积将变得越来越小，旋转的速度将变得越来越大，以至于球体的外形最终变成了圆盘状，整个星系看起来好似一块在宇宙空间伸展和旋转的超大披萨饼面团，各种天体和星系物质在碟形的圆盘内“上下飞舞”，甚至要“蹦跳”出星系的圆盘，但无济无事，“逃逸”的天体和星系物质都将被星系旋转的巨大力量拉回圆盘，角动量的守恒规律发挥了作用。星系形成了流线型的外形，外形构造遵循了物理学的基本定律。星系外形看起来美轮美奂，十分符合人类的美学法则，但自然之美的神秘性超出了人类科学的感知能力。

（编译：2020-12-30）