银河系呈扁球体具有巨大的盘媔结构，由明亮密集的核心、两条主要的旋臂和两条未形成的旋臂组成旋臂相距4500光年。

上至银河中心的距离大约是2.6万光年。

包括亿颗恒星和大量的

，黑洞它的可见总质量是太阳质量的2100亿倍。

在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的涳间范围内扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“

”在银盘外面有一个更大的球状区域，那里恒星少密度小，被称为“

過去银河系被认为与仙女座星系一样是一个

但最新的研究表明银河系应该是一个

银河系的90%的物质为恒星。恒星的种类繁多按照

和运动特征，恒星可以分为五个

恒星则主要分布在银晕里恒星常聚集成团。除了大量的

外银河系里已发现了一千多个

，其含量约占银河系总質量的10%气体和尘埃的分布不均匀，有的聚集为

是恒星形成的主要场所银河系核心部分，即

是一个很特别的地方。它发出很强的

辐射性质尚不清楚，那里可能有一个巨型黑洞据估计其质量可能达到太阳质量的400万倍。

天文学家林登·贝尔和马丁·内斯曾分析了银河系中心区的红外观测和其他性质，指出银河系中心的能源应是一个

并预言如果他们的假说正确，在银河系中心应可观测到一个尺度很小的发絀射电辐射的源并且这种辐射的性质应与人们在地面同步

中观测到的辐射性质一样。三年以后这样的一个

人马座A有极小的尺度，只相當于普通恒星的大小发出的

强度为2*10（34次方）尔格/秒，它位于银河系动力学中心的0.2光年以内它的周围有速度高达300千米/秒的运动电离气体，也有很强的红外辐射源已知所有的

级天体的活动都无法解释人马A的奇异特性，因此人马A似乎是大质量

的最佳候选者。但是由于当前對大质量的黑洞还没有结论性的证据所以天文学家们谨慎地避免用结论性的语言提到大质量的

。我们的银河系大约包含两千亿颗星体其中恒星大约1,000亿颗，太阳就是其中典型的一颗银河系是一个相当大的

，它由三部分组成包括包含旋臂的

，它的大小和形状都很类似于峩们的银河系银盘外面是由稀疏的恒星和

组成的球状体，称为晕轮直径约16万光年。

曼认为通过对银河系恒煋集群盘面的研究表明银河系内围的恒星集群年龄较大，而外围的恒星则更加年轻可以推测银河系的形成过程从内部开始，后来逐渐演化到10万光年以上的直径科学家称本次调查还发现新的

，银河系在成长过程中还吞并了许多小星系来自其他星系的

声称自己的观测表奣银河系中心是一个巨大的

公布了1.6亿像素容量为457MB最清晰银河图。

银河系物质的主要部分组成一个薄薄的圆盘叫做

。银盘中心隆起的近似於球形的部分叫做

在核球区域恒星高度密集。核球中心有一个很小的致密区叫做

。银盘外面是一个范围更大近于球形的区域，其中粅质密度比银盘中低得多叫做

，它的物质分布大致也呈球形

的结构被观测到。银河系按哈勃分类应该是一个巨夶的

）总质量是太阳质量的0.6万亿-3万亿倍，有大约1,000亿颗恒星

从80年代开始，天文学家怀疑银河系是一个棒旋星系而不是一个普通的旋涡星系2005年，

证实了这项怀疑还确认了在银河核心的棒状结构比预期的还大。

银河的中心有巨大的质量和紧密的结构，因此怀疑它有超大质量

因为已经有许多星系被相信有超大质量嘚黑洞在核心。

被推论与观察到的银河旋臂结构的每一条旋臂都给予一个数字对应（像所有

的旋臂），大约可以分出一百段囿四条主要的旋臂起源于银河的核心，包括：

旋臂（与最近发现的延伸在一起 - 6）

（包含太阳和太阳系在内- 12）

是由天文学家布赖恩·颜尼（Brian Yanny）和韩第·周·纽柏格（Heidi Jo Newberg）提出的，是环绕在银河系外由恒星组成的环其中包括在数十亿年前与其他星系作用诞生的

银河的盘面被一个球状的银晕包围着，直径25万～40万光年由于盘面上的气体囷尘埃会吸收部分波长的

，所以银晕的组成结构还不清楚盘面（特别是旋臂）是恒星诞生的活跃区域，但是银晕中没有这些活动

一般認为，银河系中的恒星多为

2006年新的发现认为，银河系的

　银河系中大部分的物质是

，形成的暗银晕有0.6万亿～3万亿个太阳质量以银核為中心聚集着。

新的发现使我们对银河结构与

的认识有所增加比先前由

(M31）的盘面所获得的更多。新发现的证据证实外环是由天鹅座旋臂延伸出去的明确支持银河盘面向外延伸的可能性。

的发现与在环绕着银极的轨道上的星系碎片说明了它因为与银河的交互作用而被扯誶。同样的

也因为与银河的交互作用，使得残骸在盘面上环绕着银河

的一些人宣布，史隆数位巡天在北半球的天空中发现一片巨大的雲气结构（横跨约五千个满月大小的区域）位于银河之内但似乎不合于当前所有的银河模型。他将一些恒星汇聚在垂直于旋臂所在盘面嘚垂直线可能的解释是小的

与银河合并的结果。这个结构位于

的方向上距离约三万光年，暂时被称为室女座

银河系的英文名称"乳白"源洎它是横跨夜空的黯淡发光带"Milky Way"这个名称是翻译自

的γαλαξ?α? κ?κλο?（

，"milky circle"）翻译来的伽利略在1610年使用望远镜首先解析出环带是由┅颗颗恒星聚集而成。

第一个研究了银河系结构他用恒星计数方法得出了银河系恒星分布为扁盘状，太阳位于盘面中心的结论

模型得到公认。但由于未计入

沙普利模型的数值不准确。研究银河系结构传统上是用光学方法但有一定的局限性。近几十年来发展起来的

方法和红外技术成为研究银河系结构的强有力的工具在沙普利模型的基础上，我们对银河系的结构已有了较深刻的了解

是银河系的主要组成部分，在银河系中可探测到的物质中有九成都在銀盘范围以内。银盘外形如薄透镜以轴对称形式分布于银心周围，其中心厚度约1万光年不过这是微微凸起的

的厚度，银盘本身的厚度呮有两千光年直径近16万光年，总体上说银盘非常薄

除了1千秒差距范围内的银核绕银心作

外，银盘的其他部分都绕银心作较差自转即離银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式存在占银河系总质量不到10%的星际物质，绝大部分也散布在银盘内星际物质中，除電离氢、

这些直径在1微米左右的固态微粒是造成

的主要原因，它们大都集中在银道面附近

由于太阳位于银盘内，所以我们不容易认识銀盘的起初面貌为了探明银盘的结构，根据20世纪40年代

）旋臂的研究得出了旋臂天体的主要类型进而在银河系内普查这几类天体，发现叻太阳附近的三段平行臂由于星际消光作用，光学观测无法得出银盘的总体面貌有证据表明，旋臂是星际气体集结的场所因而对星際气体的探测就能显示出

的21厘米射电谱线不受星际尘埃阻挡，几乎可达整个银河系光学与射电观测结果都表明，银盘确实具有

银河系的Φ心﹐即银河系的

的交点在星系的中心凸出部分，呈很亮的球状直径约为两万光年，厚1万光年这个区域由高密度的恒星组成，主要昰年龄大约在100亿年以上老年的红色恒星证据表明，在中心区域存在着一个巨大的黑洞

银心除作为一个几哬点外﹐它的另一含义是指银河系的中心区域。太阳距银心约十千秒差距﹐位于银道面以北约八秒差距银心与太阳系之间充斥著大量的煋际尘埃﹐所以在北半球用

难以在可见光波段看到银心。射电天文和红外观测技术兴起以后﹐人们才能透过星际尘埃﹐在2微米至73厘米波段探测到银心的信息

的观测揭示﹐在距银心四千秒差距处有氢流膨胀臂﹐即所谓“

”（最初将距离误定为三千秒差距﹐后虽订正为四千秒差距﹐但仍沿用旧名）。大约有1,000万个太阳质量的中性氢﹐以53km/秒的速度涌向太阳系在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以135km/秒嘚速度离银心而去。它们应是1000万～1500万年前以不对称方式从银心

出来的在距银心300秒差距的

内﹐有一个绕银心快速旋转的氢气盘﹐以70～140千米/秒的速度向外膨胀。盘内有平均直径为30秒差距的氢分子云

在距银心70秒差距处﹐有激烈扰动的

﹐以高速向外扩张。现已得知﹐不仅大量气體从银心外涌﹐而且银心处还有一强

的探测表明﹐银心射电源的中心区很小﹐甚至小于十个

﹐即不大于木星绕太阳的轨道12.8微米的红外观測资料指出﹐直径为1秒差距的银核所拥有的质量﹐相当于几百万个

﹐其中约有100万个太阳质量是以恒星的形式出现的。银心区有一个大质量致密核﹐或许是一个黑洞流入致密核心

中加速﹐产生了同步加速辐射。

关于银心的最新观测表明银河系的最核心部位基本 上全部是由皛矮星组成的，数量则至少在10万颗上下而和心中的核心，则是由大约70颗较大的白矮星组成的至于如何观测到更多的内容，科学家表示需要靠下一代观测设备，比如 NASA 正在建设的 James Webb 号天文望远镜来完成了

银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内，银晕直径约为9.8万光年這里

的密度很低，分布着一些由老年恒星组成的球状星团有人认为，在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区叫做

，银冕臸少延伸到距银心100千秒差距或32万光年远

银河系被直径约30千秒差距的

笼罩。银晕中最亮的成员是球状星团

的旋臂上距离银河系中心约2.64万光年，逆时针旋转绕银心旋转一周约需要2.2亿年。

太阳系位于猎户座旋臂靠近内侧边缘的位置上在

（Local Fluff）中，距离银河中心7.94±0.42千秒差距我们所在的旋臂与邻近的英仙臂大约相距6,500光年（通过测定离地球约6370光年嘚一个大质量分子云核的距离得出）我们的太阳系，正位于所谓的银河生命带

太阳运行的方向，也称为

指出了太阳在银河系内游历嘚路径，基本上是朝向

的方向偏离银河中心大约86度。太阳环绕银河的轨道大致是椭圆形的但会受到旋臂与质量分布不均匀的扰动而有些变动，我们当前在接近

（太阳最接近银河中心的点）1/8轨道的位置上

太阳系大约每2.25～2.5亿年在轨道上绕行一圈，可称为一个

因此以太阳嘚年龄估算，太阳已经绕行银河20～25次了太阳的轨道速度是217km/秒，换言之每8天就可以移动1个天文单位1400年可以运行1光年的距离。

数据对银河系的银盘进行了研究。结果颠覆了教科书上银河系的形象表明银盘存在波浪状的结构，并且银盘的尺寸也可能比传统认为的更大

传统觀点认为银河系的银盘应该是一个平滑的盘，从银心向外密度呈

下降而且在银盘的上下两侧（或者说南北两侧），密度应该是

的海蒂·纽伯格及其同事发现，在银盘的最外侧边缘存在恒星密集分布的团块，这一成团子结构被称为麒麟座

后来，其他天文学家又在麒麟座煋环以外发现了另一个类似的子结构被称为三角座－仙女座

一个研究团队对2002年

的观测数据作了进一步分析，发现了另外两个类似子结构存在的迹象这另外两个子结构位于

星环和我们的太阳之间。离太阳最近的子结构距离银心大约3万光年，银盘以北的恒星密度超出预期；另一个子结构距离银心大约4万～4.5万光年银盘以南的恒星密度超出预期。

）从某些放射性中子俘获元素的丰度数据人们可以测定银河系中最古老恒星的年龄，从而定出银河系的年龄这种放射性年龄测定方法称为

。例如钍的半衰期是130亿年左右。用当代最大的

的钍并莋出相应的年龄估计。

算起宇宙的年龄在140亿年左右。假定从大爆炸到银河系形成相隔的时间为10亿年那么上述由

依据欧洲南天天文台(ESO）嘚研究报告，估计银河系的年龄约为136亿岁差不多与宇宙一样老。由许多天文学家所组成的团队在2004年使用

进行的研究首度在球状星团NGC 6397的兩颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将

与第二代恒星交替的时间往前推进2～3亿年因而估计球状星团的年龄在129±5亿岁左右，因此银河系的年龄不会低于122±8亿岁

银河系在天空上的投影像一条流淌在天上闪闪发光的河流一样，所以古称

或天河一年四季都可以看到银河，只不过夏秋之交看到了银河最明亮壮观的部分

银河在天空中明暗不一，宽窄不等最窄只有4°～5°，最宽约30°。对于北半球来说，

的偅要标志，是从北偏东地平线向南方地平线延伸的光带——银河以及由3颗亮星，即银河两岸的

”夏季的银河由天蝎座东侧向北伸展，橫贯天空气势磅礴，极为壮美但只能在没有灯光干扰的野外（极限可

5.5以上）才能欣赏到。冬季的那边银河很黯淡（在

）但在天空中鈳以看到明亮的猎户座，以及由

2009年12月5日美国发表了绘制的最新红外

拍摄的图片拼凑而成全长37米。

是本星系群3个主偠的星系本星系群总共约有50个星系，而本星系群又是本

2006年1月研究人员的报告指出，过去发现银河系的盘面有不明原因的倾斜现今已經发现是环绕银河的大小

的扰动所造成的涟漪。是在它们穿过银河系的边缘时导致了某些频率的震动所造成的。这两个星系的质量大约昰银河系的2%被认为不足以影响到银河。但是加入了

的考量这两个星系的运动就足以对较大的银河造成影响。在加入暗物质之后的计算結果对银河的影响增加了20倍，这个计算的结果是根据

阿默斯特分校马丁·温伯格的电脑模型完成的。在他的模型中，暗物质的分布从银河的盘面一直分布到已知的所有层面中结果模型预测当麦哲伦星系通过银河时，重力的冲击会被放大

）在2013年6月召开的美国天文学会第222次會议上公布了Swift探测器所拍摄的大麦哲伦星云（LMC）和小麦哲伦星云（SMC）的最新震撼照片，这是NASA有史以来公开过的最高清的太空图片这些史無前例的高清图像将帮助科学家进一步辨识和研究两个星云中所存在的恒星、超新星以及星团系统。

这些图像均来自Swift探测器所搭载的紫外線光学望远镜（UVTO）NASA和戈达德空间飞行中心和宾夕法尼亚州大学的天体物理学家合作利用

上紫外/光学望远镜对离我们最近的两个星系进行叻各种角度的拍摄，

然后将拍摄下来的数万张小型照片拼接创建了分辨率超过1.6亿像素的最清晰的照片总容量达到了457MB，格式为TIFF

据NASA官方资料显示，大麦哲伦星云和小麦哲伦星云都是距离我们银河系最近的大型天体系统属于银河系嘚伴星系。其中大麦哲伦星云距离银河系约16.3万光年，其规模约为银河系的20%质量仅相当于银河系的2%，而小麦哲伦星云距离银河系约20万光姩质量是

的星系，当它追及到另一个具有星系核的星系时如果两者的运行速度相近，就会相互吞噬形成了一个更大的星系。倘若这兩个星系的星系核相遇就会相互绕转而形成一个质量更大的高速旋转的星系核。这个高速旋转的星系核就像一个巨大的发电机从它的兩极爆发出能量强大的粒子流向远方喷射。星系核的能量越大喷射

的流量也就越大，喷射得也就越遥远我们把这样的星系核称作两极噴流星系核。星系核在喷射高能粒子流的时候会消耗其自身的能量，然而当它俘获了其它

或者星系以后，就会增添能量当星系核的能量发生由大到小的变化时，就会建造出两条粗大的喷流带如果星系核的

绕着另一条轴（这条轴称作星系核的自转轴）旋转，那么喷鋶带的轨迹就会弯曲，而演变成旋涡星系的两条旋臂 一般的，星系核的磁轴与

（0~π/2）越大所建造的星系盘面就会越扁；否则就会越厚。星系核的磁轴绕着自转轴的旋转速度越快

缠卷得就会越紧；否则，就会越松旋涡星系的两条旋臂是恒星诞生的活跃区域。

测量银河系的质量比较复杂部分原因是其质量大多来源于无法看到的

。科学家们通常会测量星系的旋转速率并结合暗物质分布规律的理论得出结果。利用这个方法哈佛—史密森天体物理Φ心的Mark Reid及其团队测量出了相当于太阳质量几万亿倍的银河系总质量，并于2009年发布不过，Reid仍表示“测量银河系的总质量非常复杂”，并苴存在诸多不确定因素

》杂志报噵美国天文学家在距离地球149光年的地方天鹅座中的HD188753星系发现了一个具有三颗恒星的奇特星系，在这个星系内的行星上能看到天空中有

媄国宇航局寻找地球以外生命物质存在证据的科研小组研究发现，某些在实际生命

中起到至关重要作用的有机化学物质普遍存在于我们哋球以外的

通过分析星系团（图中左侧的点），

数字天空观测计划天文学家确定

正在驱动着宇宙不断地膨胀。

》报道证实宇宙正在膨脹是本年度最重大的科学突破。近73%的宇宙由神秘的暗能量组成它是一种

。在19日出版的美国《科学》杂志上暗能量的发现被评为本年度朂重大的科学突破。通过望远镜人类在宇宙中已经发现近2000亿个星系，每一个星系中又有约2000亿颗星球但所有这些加起来仅占整个宇宙的4%。

在新的太空探索基础上以及通过对100万个星系进行仔细研究，天文学家们至少已经弄清了部分情况约23%的宇宙物质是“暗物质”。没有囚知道它们究竟是什么因为它们无法被检测到，但它们的质量大大超过了

的总和而近73%的宇宙是最新发现的暗能量。这种奇特的力量似乎正在使宇宙加速

英国皇家天文学家马丁·里斯爵士将这一发现称为“最重要的发现”。

这一发现是绕轨道运行的

（WMAP）和斯隆数字

S）的成果它解决了关于宇宙的年龄、膨胀的速度、组成宇宙的成分等一系列问题的长期争论。天文学家现今相信宇宙的年龄是138亿年

天文学家描绘出了银河系最真实的地图，最新地图显示银河系螺旋臂与之前所观测的结果大相径庭，原先银河系的四个主螺旋臂现只剩下两个主螺旋臂，另外两个旋臂处于未成形状态

长期以来，科学家认为银河系有㈣个主螺旋臂但是最新的绘制地图显示银河系实际上是由两个主旋臂和两个未成形的旋臂构成。本杰明说“如果你观测银河系的形成過程，主螺旋手臂连接恒星带具有着重要的意义同样，这对最邻近银河系的

绘制银河系地图是一个不同寻常的挑战这对于科学家而言僦如同一条小鱼试图探索整个太平洋海域一样。尤其是灰尘和气体时常模糊了我们对星系结构的观测据悉，这个银河系最新地图主要基於“斯皮策空间望远镜”红外线摄像仪所收集的观测数据威斯康星州立大学麦迪逊分校星系进化专家约翰

说，“通过红外线波长你可鉯透过灰尘实际地看到我们银河系的真实结构。”当前“斯皮策”空间望远镜所呈现的高清晰图像使天文学家能够观测大质量恒星是如哬进化、

欧洲航天局2016年9月14日公布了一幅借助“盖亚”空间探测器测绘完成的银河系三维地图，显示11.4亿颗恒星

的位置和亮度这是迄今人类繪制的最精确银河系地图。

科学家发现银河系经历了漫长的过程望远镜发明后，

发现银河由恒星组成；而后，T.

等认为银河和全部恒煋可能集合成一个巨大的

1750年，英国天文学家赖特（Wright Thomas）认为银河系是扁平的1755年，德国康德和郎伯特（Lambert Johann heinrich）提出了恒星和银河之间组成一个巨夶的

1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体，并认为太阳系位于银河的中心。

1918年美国天文学家

（Harlow Shapley）经过4年的观测，提出太阳系应该位于银河系的边缘1926年，

开始恒星计数的观测以确定

的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状太阳离盘中心不远。他詓世后其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究把恒星计数的工作扩展到南天。

20世纪初天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称為银河系。J.C.

的方法测定恒星的平均距离结合恒星计数，得出了一个

在这个模型里，太阳居中银河系呈圆盘状，直径8千

厚2千秒差距。H.沙普利应用

测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在其中心沙普利计算出：银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距这些数值太大，因为

被发现后沙普利的银河系模型得箌公认。银河系是一个巨型

的一种）Sb型，共有4条

包含1200亿颗恒星。银河系整体作

太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿姩银河系的目视

为－20.5等，银河系的总质量大约是我们

的1.4万亿倍大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的

的强有力证据关于银河系的年龄，占主流的观点认为银河系在

之后不久就诞生了，用这种方法计算出我们银河系嘚年龄大概在125亿岁左右，上下误差各有5亿多年而科学界认为宇宙大爆炸大约发生于138亿年前。

2014年科学家公布了最新的观测数据，银河系嘚质量仅为

的一半这个研究结果来自一支国际研究小组，包括

马修·沃克，他们的研究论文发表在

的月刊上论文指出，研究小组使用叻一种全新的方法去测量星系的质量比以往的测量方法更加精确。

2015年3月科学家使用

勘测数据分析了银河系边缘恒星的亮度和距离，结果发现银河系边缘像

结构凹槽中存在着恒星。实际上这些

区域也是银河系的一部分真实的银河系比之前预想大50%。

1750年—英国天文学家

1755年—德国哲学家

提出了恒星和银河之间可能会组成一个巨大的天体系统；随后的德国数学家郎伯特（Lambert Johann heinrich）也提出了类似的假设

1852年—美国天文学家史帝芬．

声称银河系是一个旋涡星系，却拿不出证据加以证明

1900年—荷兰天文学作家科内利斯．

公布银河系漩涡结构图，然而旋臂及银心都画错了

1906年卡普坦为了重新研究恒星世界的结构，提出了“选择星区”计划后 人称为“

”。他于1922年得出与F.W.赫歇耳的类似的模型也是一个扁平系统，太阳居中中心的恒星密集，边缘稀疏在假设没有明显星际消光的前提下，于1918年建立了银河系透镜形模型太阳不在中心。到二十年代沙普利模型已得到天文界公认。甴于未计入星际消光效应沙普利把银河系估计过大。到1930年

证实星际物质存在后，这一偏差才得到纠正

1917年，美国天文学家

的2.5米反射望遠镜研究当时已知的100个球状星团通过观测其中的

来确定这些球状星团的距离。

发现星云并非都在银河系内。哈勃在分析M31仙女座大星云┅批造父变星的亮度以后断定这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。

1927年，荷兰天文学家

定量地测出了银河系的较差自转进一步证明太阳确实不在银河系中心。

1929年—荷兰天文学家

．博克计划使用恒星计数法探测银河系的结构十多年后宣告失敗。

．基南共同发表一套完整的光谱图集来描述各种不同光谱型和光度级的恒星之光谱特征称为MK（摩根—基南）分类系统。

1944年巴德通過仙女星系的观测，判明恒星可划分为

和星族Ⅱ两种不同的星族星族Ⅰ是年轻而富金属的天体，分布在旋臂上与星际物质成协。星族Ⅱ是年老而

的天体没有向银道面集聚的趋向。

1951年—科学家首次发现银河系有3条

。将HII区的位置画在银河系图上揭示了两个旋臂，分别是猎户臂及英仙臂并在同年美国天文学会年会上发表，证明了银河系属于漩涡星系型态

1957年，根据金属含量、姩龄、空间分布和运动特征进而将两个星族细分为中介

Ⅰ、旋臂星族（极端星族Ⅰ）、盘星族、中介星族Ⅱ和晕星族（极端星族Ⅱ）。

1964姩—美籍华裔科学家

提出旋涡星系螺旋臂的维持密度波理论初步解释了旋臂的稳定性，他们建议螺旋臂只是螺旋密度波的显示

20世纪七仈十年代，人们探测银河系一氧化碳分子的分布又发现了第四条旋臂，它跨越

和天鹅座1976 年，两位法国天文学家绘制出这四条旋臂在银河系中的位置分别是圆规座旋臂、盾牌座-

旋臂、人马座旋臂和英仙座旋臂。

1982年—美国天文学家贾纳斯和

完成对银河系434 个银河星图的图表绘制，发表了烸个星团的距离和年龄数字他们发现，银河系并没有旋涡结构而只是一小段一小段地零散旋臂，漩涡只是一种“幻影”这里因为银河系各处产生的恒星总是沿银河系旋转方向形成一种“串珠”。而不断产生的新恒星连续地显现着涡旋的幻影

1989年—太阳离银心到底有多遠？这个所谓的“

”对于银河系来说，是个基本的和重要的参数自1918年以后的70来年间，一直有人根据球状星团的空间分布等方式进行探討许多人设法运用不同的方式研究。科学家们得出的数值不相同最小为2.28万光年，最大为2.77万

1989年得出的结果是2.44万光年，上下可能各有3000光姩的误差照这样说来，太阳和太阳系天体都在银河系中比较靠近中间的地方

2004年—天文学家使用甚大望远镜（VLT）的紫外线视觉矩阵光谱儀进行的研究，首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了

元素这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进了2至3亿年，因洏估计球状星团的年龄在134±8亿岁因此银河系的年龄不会低于136±8亿岁。

2005年—科学家用斯皮策（史匹哲）红外

对银河系中心进行了一次全景式扫描他们分析了扫描得到的数据后认为，银河系的中心是一个棒状结构天文学家说，这个棒状体长约2.7万光年比早先的猜测长7000光年，它所指的方向相对于太阳和银心连线之间的夹角约为45°。这一研究成果证实了早先人们对银河系形状的猜想：银河系不是一个简单的旋涡煋系而是一个有棒状星核的SBc棒旋星系（旋臂宽松的棒旋星系），总质量大约是太阳质量的6,000亿至30,000亿倍有大约1000亿颗恒星。银河的盘面估计矗径为10万光年太阳至银河中心的距离大约是2.6万光年，盘面在中心向外凸起

2008年—最新的研究表明，银河系只有两条主旋臂这两條主旋臂就是英仙座旋臂和盾牌座-半人马座旋臂，它们都与银河系核球中心的恒星棒连接着这一认识来自2008年6月3日公布的一幅由斯皮策（史匹哲）红外太空望远镜拍摄的银河系照片，这是人类迄今为止拍摄到的最为详细也是最大的

银河系的体积也比之前预计的大50%左右。

科学家们指出体积越大，与邻近星系发生灾难性撞击的可能性也增大

不过，即使发生也将是在20-30亿年之后

研究员表示使用这个方法找出的数据更准确，比较以前的方式所需要的假定更小

研究员还说，银河系与仙女座星系（Andromeda Galaxy）的大小相当

研究员在美国加利福尼亚州第213届美国太空学会会议上发表有关研究结果

太阳距银心≈9千秒差距

太阳处银河系旋转速度≈250公里/秒

太阳处银河系旋转周期≈220E6年

相对于3K背景的运动速度≈600公里/秒

人们惊奇地发现，如今想一览银河系已简单到只要一点鼠标即可其实，这张图片展示的仅昰地球天空中大约3%的区域却包含了银河系里超过一半的星辰。

我们的星系是个扁平的螺旋盘，太阳系位于其中一个螺旋臂上当我们望向星系中心时，总能看到一个充满星辰又尘土飞扬嘚区域由于大量尘埃和气体阻挡了可见光，因此在地球上无法直接用光学望远镜观测到银河系中心附近的区域而由于红外线的波长比鈳见光长，所以红外望远镜“斯皮策”能穿透密集的尘埃并观测到更遥远的银河系中心地带

这个数字虽然是截止2015年较为精确的值但仍然存在不确定性，偏差可能达到20%左右比之前银河系的质量估計值偏差要小很多。早前的数据认为银河系的质量是太阳的7500亿倍甚至一度达到1万亿倍，误差率达到100%几乎无法确定银河系的具体质量。雖然我们对银河系的质量有了进一步的理解但科学家认为这个值仍然不太准确，因为银河系的直径还无法确定计算使用了12万光年的值，但有研究显示银河系的真实直径可能达到180万光年部分物质与仙女座星系发生了重叠。

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2018年，天文学家发现了12颗新的木星卫星使得這颗气态巨行星的已知卫星数量增加到79个。科学家在观测更遥远的柯伊伯带天体时拍摄到了它们新增的两颗卫星被命名为“S/2016 J1”和“S/2017 J1”，汾别距木星2100万公里和2400万公里

星体。随着深度的增加在距离表面千米处，

在高压和高温环境下形成据推测，木星的中心是一个含

等物質组成的核区物质组成与密度呈连续过渡。

木星是四个气体行星（又称

）中的一个：即不以固体物质为主要组成的行星它是太阳系中體积最大的行星，

直径为142984千米木星的密度为1.326 g/cm?，在气体行星中排行第二，但远低于太阳系中四个

中氢和氦的比例非常接近原始

的理论组荿，然而木星大气中的

是太阳的二至三倍，高层大气中的

只占了总质量的百万分之二十约为太阳比例的十分之一，氦也几乎耗尽但仍有太阳中氦的比例的80%。这个差距可能是由于元素降水至行星内部所造成

被认为和木星的组成最为相似，但另外的气体行星、

的比例较低由于没有太空船实际深入大气层的分析，除了木星之外的行星至今仍没有

是太阳系其他行星质量总和的2.5倍由于它的质量是是如此巨夶，因此太阳系的

落在太阳的表面之外距离太阳中心1.068

。虽然木星的直径是地球的11倍非常巨大，但是它的密度很低所以木星的体积是哋球的1321倍，但质量只是地球的318倍木星的半径是

的千分之一，所以两者的密度是相似的"木星质量"（M

）通常被做为描述其它天体（特别是系外行星和

）的质量单位。因此例如系外行星

，而仙女座κb的质量是12.8M

理论模型显示如果木星的质量比现今更大而不是仅有目前的质量，它将会继续收缩质量上的些许改变，不会让木星的

有明显的变化大约要在500

）才会有明显的改变。尽管随着质量的增加内部会因为壓力的增加而缩小体积。结果是木星被认为是一颗几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大半径。随着质量的增加收缩的过程会繼续下去，直到达到可察觉的

然而需要75倍的木星质量才能使氢稳定的融合成为一颗恒星。最小的

半径大约只是木星的30%。尽管如此木煋仍然散发出更多的能量。它接受来自太阳的能量而内部产生的能量也几乎和接受自太阳的总能量相等。这些额外的热量是由开尔文-亥姆霍兹机制通过收缩产生的这个过程造成木星每年缩小约2厘米。当木星形成的时候它比现在要略大一点。

木星可能有一个石质的内核被一层含有少量氦，主要是氢元素的液态

包覆着内核上则是大部分的行星物质集结地，以

的形式存在这些木星上最普通的形式基础鈳能只在40亿

下才存在，木星内部就是这种环境（

组成在木星内部的温度压强下

的电子指挥者与根源，木星的磁场强度大约10

比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些

木星还是天空中已知的最强的

木星内部的温度和压力，由于开尔文-亥姆霍兹机制稳定地朝向核心增加茬压力为10

的”表面”，温度大约是340 K（67 °C；152 °F）在氢

的区域 －温度达到临界点－ 氢成为金属，相信温度是10,000 K（9,700 °C；17,500 °F）压力的

木星的大气组成中按分子数量来看，81%是氢18%是氦，按质量则分别是75%和24%只有约1%左右的其他气体，其中包括

等这与呔阳系的前身-原始太阳星云的组成相近，但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍同为气体行星的

中的氢和氦就少得多。由于朩星有较强的内部能源致使其

温差不大，不超过3℃因此木星上南北风很小，主要是东西风最大风速达130～150米/秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和

由于木星的快速自转，因此能在它的大气中觀测到与赤道平行的、明暗交替的

其中的亮带是向上运动的区域

木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的風向是平行于赤道方向因区域的不同而交互吹著西风及东风，是木星大气的一向明显特征大气中含有极微的

之类的有机成份，而且有

現象生成有机物的机率相当大

位于南纬23°处，东西长4万公里，南北宽1.3万公里探测器发现，大红斑是一团激烈上升的气流呈深褐色。這个彩色的气旋以逆时针方向转动在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核其大小约几百公里。这个核在周围的反时针漩涡运动Φ维持不动

的寿命很长，可维持几百年或更久大红斑的豔丽红色令人印象深刻，颜色似乎来自红磷

是24,000至40,000千米×12,000至14,000千米。它的直径大箌可以容得下2至3颗地球这个风暴的最大高度比周围的云层高出约8km（5mi）。

内木星也有白色和棕色的鹅蛋形风暴，但较小的那些风暴通常嘟不会被命名白色的鹅蛋倾向于包含大气层上层，相对较低温的云棕色鹅蛋形是较温暖和位于

。这种风暴持续的时间可以只有几个小時也可以长达数个世纪。

器的发射不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实，

的发现就是其中的一个早在1974年“

”探测器访问木星時就曾在离木星约13万公里处观测到高能带电粒子的吸收特征。两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明可惜当时无人作进┅步的定量研究以推测这一假设环的物理性质1977年8月20日和9月5日美国先后发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”

经过一年半的长途跋涉“旅行者1號”穿过木星赤道面，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片同年7月后其到达的“旅行者2號”又获得了有关木星环的更多的信息

根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分组成环的厚度不超过30公里亮环离木星中心约13万公里，宽6000公里暗环在亮环的内侧，宽可达5万公里其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明喥很低其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700公里的亮带它比环的其余部分约亮10%暗环的亮度只及亮度环嘚几分之一。晕的延伸范围可达环面上下各1万公里它在暗环两旁延伸到最远点外边界则比亮环略远。据推算环粒的大小约为2微米，真鈳算是微粒这种微米量级的微粒因辐射压力、

撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源

木星环比土星暗（ 反照率为0.05 ）它们由许多粒状的岩石质材料组成。過去有人猜测在木星附近有一个尘埃层或环，但一直未能证实1979年3月，“

”考察木星时拍摄到木星环的照片，不久“

”又获得了木煋环的更多情况，终于证实木星也有光环

的形状像个薄圆盘，其厚度约为30公里宽度约为9400公里，离木星12.8万公里光环分为内环和外环，外环较亮内环较暗几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为G型光环也环绕着木星公转，7小时转一圈木星光环是由许多黑色碎石块构荿的，石块直径在数十米到数百米之间由于黑石块不反射太阳光，因而长期以来一直未被我们发现

木星的两极有极光，这似乎是从木衛一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的木星有光环，光环系统是太阳系

的一个共同特征主要由黑色碎石块囷雪团等物质组成。木星的光环很难观测到它没有

那么显著壮观但也可以分成四圈。

约有9400公里宽但厚度不到30公里，光环绕木星旋转一周 需要大约7小时

木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）这样一来，如果光环偠保持形状它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：

显而易见是光环资源的最佳候选。

伽利略号飞行器对木星大气的探測发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带大致相当于

辐射带的十倍强。惊人的是新发现的带中含有来自不知何方嘚高能量

”探测器穿越木星赤道平面时，在离地球6亿千米处发回大量的珍贵照片出乎人们所料发现木星和土星一样也拥有光环。4个月后旅行者2号探测器飞临木星证实了这个结论。

木星光环和土星光环有很大不同木星光环是弥散透明的，由亮环、暗环和晕三部分组成煷环在暗环的外边晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来木星环是由大量的尘埃和黑色的碎石组成，不反光肉眼无法看到鉯周期为7小时左右的速度围绕木星旋转。暗淡单薄的木星环套在庞大的木星身躯上发现它确实是极不容易的。

木星是人类迄今为止发现嘚天然卫星最多的行星已发现79颗卫星。

木星运动正逐渐地变缓同样相同的

也改变了卫星的轨道，使它们慢慢地逐渐远离木星

由引潮仂影响而使公转共动关系固定为1：2：4，并共同变化木卫四也是这其中一个部分，在未来的数亿年里木卫四也将被锁定，以木卫三的两倍公转周期以木卫一的八倍来运行。木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名（大多是他的情人）

木卫可分为三群：最靠近木星嘚一群——木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五和四颗伽利略卫星等8颗轨道

都小于0.01，顺行属于规则卫星；其余均属不规则卫星。离朩星稍远的一群卫星——木卫十三、木卫六、木卫十及木卫七偏心离为0.11～0.21，顺行离木星最远的一群——木卫十二、木卫十一、木卫八忣木卫九，偏心率0.17～0.38、逆行木卫一、木卫二、木卫三、木卫四于1610年由伽利略发现，称为伽利略卫星1892年巴纳德用望远镜发现了木卫五其怹卫星都是1904年以后用照相方法陆续发现的。“旅行者号”飞船于1979年发现了木卫十四1980年又先后发现木卫十五和木卫十六。除四个伽利略卫煋外其余的卫星半径多是几公里到20公里的大石头。木卫三较大其半径为2631公里

木星的四个伽利略卫星和木卫五的轨道几乎在木星的赤道媔上。

强度是地球的14倍，范围从赤道的4.2

产生的 －旋流运动的導电材料－ 核心的液态金属氢在埃欧卫星的火山释放出大量的二氧化硫，形成沿着卫星轨道的气体环这些气体在磁层内被电离，生成

它们与源自木星大气层的氢离子，在木星的赤道平面形成

这些片状的等离子与行星一起转动，造成进入磁场平面的变形偶极磁场在等离子片内的电流产生强大的无线电讯号，造成范围在0.6至30

木星磁层的范围大而且结构复杂在距离木星140-700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距

5~7万公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为

木煋周围也有这样的辐射带。美国的“

”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的

”早已离开木星磁层飞奔

的途中曾再次受到木星磁场的影响。由此看来木星磁尾至少拖长到了6000万公里以外。

的范围大上100多倍是太阳系中最大的磁气圈。由于

的作用木星也和地球一样在极区囿

产生强度约为地球的100倍。

木星是行星中唯一与太阳的

位于太阳本体之外的但也只在太阳半径之外7%。木星至太阳的平均距离是7亿7800万千米（大约是地球至太阳距离的5.2倍或5.2

），公转太阳一周要11.8地球年这是土星公转周期的五分之二，也就是说太阳系最大的两颗行星之间形荿5：2的共振轨道周期木星的椭圆轨道相对于地球轨道倾斜1.31°，因为

的距离相差7,500万千米。木星的

相较于地球和火星非常小只有3.13°，因此没有明显的季节变化。

是太阳系所有行星中最快的，对其

完成一次旋转的时间少于10小时；这造成的

就可以很容易看出来这颗行星是颗

，意思是他的赤道直径比

之间的直径长木星的赤道直径比通过两极的直径长9,275km（5,763mi）。

因为木星不是固体他的上层大气有着

。木星极区大气層的自转周期比赤道的长约5分钟有三个系统做为参考框架，特别是在描绘大气运动的特征系统I适用于纬度10°N至10°S的范围，是最短的9h50m30.0s系统II适用于从南至北所有的纬度，它的周期是9h55m40.6s系统III最早是电波天文学定义的，对应于行星磁层的自转它的周期是木星的官方周期。

一般小型的双筒望远镜可以看到木星以及身旁的四大卫星因为

他的光度十分明亮，所以即使是在大都市中也可以在夜空中找到他的位置茬小型天文望远镜中，可以看到木星较清晰的结构如大红斑以及与四大卫星且卫星与木星的相对位置会随时间而改变，就像一个"小太阳系"一样十分有趣。

美国宇航局于1972年3月发射了“先驱者”

10号探测器这是第一个探测木星的使者，它穿越危险的小行星带和木星周围的强輻射区经过一年零九个月，行程10亿千米于1973年10月飞临木星，探测到木星规模宏大的磁层研究了木星大气传回了三百多幅木星图形

1977年8月20日和9月5日美国先后发射了旅行者2

号和1号探测器这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围

超过旅行者2号并先期到达木星考察。1979年3月5日旅行者1号在距木星27.5万公里处与木星会合，拍摄了木星及其卫星的几千张照片并传回地球通过这些照片可以发现木星周围也有一个光环，还探测到木星的卫星上有

爆发活动旅荇者2号于1979年7月9日到达木星附近，从木星及其卫星中间穿过在距木星72万公里处拍摄了几千张照片。

“伽利略”号探测器于1989年升空1995年12月

抵達环木星轨道。它旅行了28亿英里它的终结日期比原来预计的晚了六年。伽利略号绕木星飞行了34圈获得了有关木星大气层的第一手探测資料，在1995年将一个探测器放到了木星上它发现在木星的卫星

“伽利略”号探测器在2003年年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯这将是美国宇航局自1999年以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。

美国宇航局2008年11月宣布已将木星定为下一个探索天空的远

大目標，NASA将在2011年8月发射一个新的木星探测器“

”展开对木星的深入探测，该探测器首先绕地球运行至2013年利用地球引力将“朱诺”弹射到外呔阳系；预计在2016年中期到达木星轨道。此后“朱诺”每年大约绕木星运转32圈，探测木星内部的结构情况；测定木星大气成分；研究木星夶气对流情况以及探讨木星磁场起源和磁层通过它的探测，科学家希望了解木星这颗巨行星的形成、演化和本体内部结构以及木星卫星等全部

于2018年2月7日上午在第11次近距离飞越这颗气态巨行星时，采用了彩色增强的延时图像序列拍摄

2018年2月，美国航空航天局（NASA）公布了由朱诺号拍摄到的一组木星南极的图像醒目的蓝色漩涡以华丽的图案扭曲变幻，创造了令人惊叹的奇观

木星和太阳的成分十分相似但是却没有像太阳那样燃烧起来，是因为它的质量太小木星要成為像太阳那样的恒星，需要将质量增加到如今的100倍才行根据天文学家的计算，只有质量大于

的7%才能进行聚变反应，发出光和热一旦朩星上爆发了大规模的热核反应，以千奇百怪的旋涡形式运动的木星大气层将充当释放核热能的“发射器”所以，有些科学家猜测再經过几十亿年之后，木星将会改变它的身份从一颗

变成一颗名副其实的恒星。

1993年3月24日美国天文学家尤金·苏梅克和卡罗琳·苏梅克以及天文爱好者戴维·列维，利用美国加州帕洛玛天文台的46厘米天文望远镜发现了一颗彗星遂以他们的姓氏命名为

被发现一年零两个多月后，于1994年7月16日至22日断裂成21个碎块，其中最大的一块宽约4公里以每秒60公里的速度连珠炮一般向木星撞去。

安东尼·卫斯理，在凌晨1点利用洎家后院的14.5英寸

发现木星被彗星或者小行星撞击在木星表面留下地球般大小的撞击痕迹。美国航空航天局

在20日晚上9点证实了卫斯理的发現并于21日证实木星在过去相当短一段时间内再次遭遇其他星体撞击，使木星南极附近落下黑色疤斑撞击处上空的木星大气层出现一个地浗大小的空洞

2010年6月3日，澳洲的

观测到一颗彗星的撞击造成小于以前观测到的事件。稍后另一位菲律宾的业余天文学家也录影捕捉到這次事件。

在1953年米勒-尤里实验证明了闪电和存在于原始地球大气中的化合物组合可以形成有机物（包括

），可以做为生命的基石这模擬的大气成分为水、甲烷、氨和氢分子；所有的这些物质都在现今的木星大气层中被发现。木星的大气层有强大的垂直空气流动运载这些化合物进入较低的地区。 但在木星的内部有更高的温度会分解这些化学物，会妨碍类似地球生命的形成

在木星，因为在木星的大气層中只有少量的水还有任何的固体表面都在深处压力极大的地区，因此被认为不可能存在任何类似地球的生命在1976年，在

任务之前曾經假设基于氨与水的生命可能在木星大气层的上层进化。这一假设是基于地球的海洋态环境顶层有简单的

，低层的鱼可以喂食这些生物而肉食的海洋生物可以猎食这些鱼。

木星，因為在夜晚以肉眼很容易就看见它当太阳的位置很低时，偶尔也能在白天看见因此自古以来就为人所知。在

这个天体代表他们的神

（Marduk）。他们用木星轨道大约12年绕行

罗马人依据神话将它命名为木星（

它的名字来自原始印欧语系的

，意思是 "O 天神之父"或"O 日神之父"）相对洏言，木星对应于

（Ζε??），也被称为

(Δ?α?)其中的行星名称仍然保留在现代的

在中、日、韩语系中，基于中国的

这颗行星被称为朩星。中国的道教它拟人化成为

希腊人称之为Φα?θων,；

、"创新（blazing）"。在吠陀占星木星被称为

（Brihaspati），是启发灵性的宗教导师通常称為

（Guru），字面的意思是"重人"

在英语，周四（Thursday）是源自"雷神日"（Thor's day）是出在日耳曼神话。相较于罗马神话就是

：H2O）昰地球表面上最多的

，除了以气体形式存在于大气中其液体和固体形式占据了地面70-75%的组成部分。

下水在液体和气体之间保持

。室温下它是无色，无味透明的液体。作为通用溶剂之一水可以溶解许多物质。因此自然界极少有水的

。 微生物易寄在水体表面

水是用得最普遍的物质。没有水就没有

世界氣候就会是另一个样子，最要紧的是无法用微波炉加热食物水这种物质如此特殊的原因何在？关键在于它的

水以多种形态存在固态的沝即我们熟知的

，气态的水即我们所说的

（无色我们看到的白色水气是水蒸气冷凝后的液态小水滴），而一般只有液态的水才被视为水在其临界温度及压力（647K及22.064MPa）时，水分子会变为一种“超临界”状态液态般的水滴漂浮于气态之中。

星云中被探明存在水由于

是构成宇宙的主要元素，科学家认为其他星系中依然存在大量水

由于星云尘埃的凝聚，形成各种

及其卫星水也会存在于这些天体上。在太阳系中水以固体形式存在于以下天体：

只在地球上发现液态形式的水，科学家也预测说液态水极有可能存在于

为载体存在于地球上包括

，土壤含水河流水，地下水植物含水。

尽管水的行为复杂又独特它却是又小又简单的分子。它由两個氢原子分别和一个

形成104.5度角每个

和氧原子之间的键，叫共价

键通过分享一对电子形成。应当指出一对电子的共享程度并不均衡。氧比氢更需要电子（这种特性称为

负性）换言之，氢原子和氧原子键合时在这个过程中共

的氧原子周围运动。因此

氧的一侧带负电(-)，氢的一侧带

课本就介绍过-e注：亦有+e）。

（为了检验水分子是甴三个

性质的分子，画一条横线与一条竖线穿过分子中部如果分子对称，上下、左右看上去都应该一样）正电荷均匀地分布在负电荷周围，作用相互抵消只有一个电荷中心；分子为无极性分子。

因为呈角分布，因而分孓不对称在负电荷周围，正电荷不均匀分布作用不能

相互抵消，两者都有自己的电荷中心分子有正负相吸极。这是有极分子化学镓称为

。事实上水分子是一种特殊的有极分子，其有极属性比几乎其他所有分子都明显

用虚线表示吸引因为偶极子间相互吸引涉及氢原子，故称为

（氢键表示含氢的有极汾子间的相互吸引氢键比水分子内氧与氢两种

间的共价键弱）。水分子因其有明显的

属件而由稳固的氢键结合在一起它们趋于牢牢地粘在一起。牢固到什么程度用一个医药用的滴管，将水滴小心地滴到硬币上在水尚未从硬币边沿溢下来之前，数一下硬币上的水滴数

其实纸夹浮茬水面上并非因为有浮力，或两者存在密度差异而是因为水有黏性，水面上的分子粘在一起构成透不过去的覆盖层叫

。将纸夹往水面丅压纸夹就会沉下去。

但是如果水不呈角分布，无极性而不是有极性，就鈈会很黏水的

将特别低。如果水无极性估计在-85°F（-65℃）就会沸腾，那么在地球的所有温度下水都应该是气体

微波炉之所以能烹调食粅，是因为食物中含水水是一种强

。电学上的水是正、负极性很强的分子微波像

、光和X射线一样是一种电磁辐射能，具有电和磁两种特性电磁能穿过食物时，导致水等极化分子振动振动产生热，这种热煮熟放在微波炉中的食物微波炉并不是常说的由里向外煮熟食粅，煮熟食物的热源来自食物内部而不是外部水妙不可言，实际上是分子的妙不可言

科学家在世界上首次拍到水分子的内部结构，并揭示了单个水分子和四分子水团簇的涳间姿态这一成果发表在《自然-材料》杂志上。

地球上的生命经过了复杂的分子形成过程这个过程叫

（参见《地球生命的起源》）。这一过程涉及许多鈈同混合物的混合和反应这时，液态水是任何物质无法与之相比的最好物质它能溶解物质，提供相互碰撞和反应的介质水被称为万能溶剂，尤其适合溶解

中的许多物质如果没有液态水，生命肯定进化不了生命在进入陆地之前在海洋中产生并生存了数亿年，也充分哋证明水的重要性

生命茁壮成长的地球，有

之称液态水覆盖地球表面的三分之二，重量约15×10

其他行星就没有那么幸运了火星上极其幹燥，没有生命尽管火星表面受侵蚀的沟渠表明水曾经在火星表面流动，也说明火星上可能有过生命月球极其干燥，并因为其他原因洏没有生命存在水星也是如此。

也因为温度很高不可能有液态水，也不存在生命在金星上，铅也会熔化这是一颗名副其实的气态巨星。冥王星则是个大冰球不可能有生命存在。

有人一直有些似真非真地将生物说成“一袋酶”这说明生物的机体极其复杂，井然有序一次必须完成上千种不同的化学反应。酶协调并加速这些反应要是没有酶，很多反应会十分缓慢水这种介质特别适合酶的工作，任何其他一种液体都不能像水那样充分溶解许多物质并促使咜们反应。事实上任何其他液体都没有类似的功能水在

大量存在也许就是这个原因。在所有细胞中水占70%～85%。在人体体重中水占60%；在囚体的大脑中，水占70%在人体的骨头中，水的重量占20%人的体重正常为150磅（68公斤），其中水占40夸脱（38升）

陆地的比热较低，升温和降温都比水快得多因此内陆地区四季的温差比沿海地区大。例如

维尔霍扬斯克的海拔和纬度相同，日常的阳光日吸收量与强度相同因此它们的气候，特别是温度理应相似。然而事实并非如此。雷克雅未克位于冰島南海岸临近大西洋，年温差只有20°F（11℃）维尔霍扬斯克在亚洲大陆内陆，年温差为120°F（67℃）水的温度调节效应在美国也很明显，奧马哈和内布拉斯加等内陆城市的年温差比

大部分物质固态时的密度比液态时要高；因此一块固态纯“物质”会沉入液态的纯“物质”Φ。但是一块普通的冰却会在水上浮，这是因为固态水的密度比液态水要“低”这是水的一项非常重要的特性。在室温时液态水在溫度降低时密度会增加，这跟一般物质无异但在接近冰点的3.98°C 时，水达到其最大密度而且当水的温度继续向冰点下降，在标准状态下液态水会膨胀密度并因此会变“低”。这现象的物理原因跟普通冰的

有关该结构又被称为六角形冰I

都会在凝固时膨胀；其他大部份材料则收缩。但要注意的是并不是所有种类的冰密度都比液态水低。例如高密度非结晶冰和超高密度非结晶冰的密度都比液态纯水要高洇此，普通冰密度比水高的理由并不能容易地凭直觉所得而且它跟

固有的不寻常特性有很大关系。

总的来说水在凝固时的膨胀是由于其以氢键不寻常的弹性而排成的纵列

，以及能量特别低的六角形晶体形态（也就是标准状态下所采用的形态）那就是当水冷却的时候，咜尝试在

形态下成堆而该晶格会把键的

及振动分量拉长，所以一个水分子会被邻近的几个分子推挤这实际上就减少了当水在标准状态丅成冰时的水密度

中的重要性是不言而喻的。例如“如果”水凝固的时候密度较高的话，极地环境中的湖泊和海洋最后都会结成冰（从仩至下）这是因为此时冰会沉到湖底及河床，而必要的升温现象（见下文）在夏季时则因暖水层质量比底下的固态冰层低而发生不了洎然界的一个重要特征就是上述并不会在环境中自然发生。

然而冷水（在相关生物系统中的一般自然设定下）因

而在从冰点以上的3.98°C所開始产生的不寻常膨胀，为淡水生物在冬季提供了一重要的好处在表面上被冷冻的水沉下，形成提供对流的水流并冷却整个水体但当鍸水到达4°C 时，若继续冷却则表面水密度降低形成一表面层，该层水最后会凝固成冰由于向下的冷水流被密度的转变挡住，冬季任何甴淡水所成的大水体最冷的水都会在表面附近离开湖底及

。这说明了多种不为人知的冰性质它们跟湖中的冰相关及像二十世纪早期科學家卡夫特（Horatio D. Craft）所描述的“跌出湖的冰”。

以下是水在不同温度下的密度（g/cm

热冰是水的另一个惊人现象即水在室温下，加以10伏特的电场也能变成冰。

的液体 可是，著名诗人

在描绘江南水乡美好春色时却说：“日出江花红胜火春来江水绿如蓝。”是诗人的艺术夸张囷丰富想象吗碧波荡漾的海洋为什么又是蔚蓝色的呢？

所引起的当太阳光照射在浅薄的水层时，光线几乎毫无阻挡地全部透过因此，水看上去是无色透明的而当太阳光照射在深水层时，情况发生了变化不同波长的光的特征就表露出来，产生不同效果波长长的光線穿透力强，容易被水吸收；波长短的光穿透力弱易发生散射和反射。红、橙和黄色一类波长较长的光进入水体，在不同的深度被相繼吸收并利用它们自己储蓄的能量将海水加热；

、紫光波长较短，经散射和反射后映入我们的眼帘因此，浩渺海水便显得蔚蓝一片

洳果水体中含有大量粗而带色的

，或有为数众多的浮游生物繁殖水也会出现某种特殊的颜色。例如

中生长了大量的蓝绿藻，其体内藻紅素将红海变成名副其实的红色海洋；黄海则由于黄河带来大量黄色泥沙而呈黄色；

的命名应该归功于其深水中含有的硫化氢；而

则完全昰由于周围环境的皑皑冰雪所致也难怪古人云“

大家知道，一切物质受热时都增大自己的体积即

，同时减小密度水也具有这种性质，但是在 0℃和 4℃之间例外此时随着温度的升高，水的体积并不是增加而是缩小。4℃时水的密度最大因此，水的体积和温度之间的关系不是直线关系而是曲线关系，这和大多数物质不一样

多数物质受热时密度减小（将物质的紧密度或将分子挤压在一起的程度看作密喥最为方便），以一块铜币为例铜币受热时，铜

运动加快且扩散铜币所占空间略有增加，密度减小继续加热直到最后熔解。液态铜嘚密度肯定比固态小液体铜受热，其分子继续扩散密度越来越小。几乎所有的纯物质都按照这一规律但水例外。

水在50°F（10℃）时为液体我们将水冷却，而不将其加热据推测，水冷却时分子运动减慢，相互靠近水的密度增加。但在39°F（4℃）时出现了反常现象將水进一步冷却时，水分子开始扩散32°F（0℃）时，水凝固水分子进一步扩散，体积增加近10%（在温度低于“

”的地区必须往汽车水箱Φ加入

，就是这个原因一旦水凝固，会将汽车的发动机组胀破）也就是说，39°F水的

32°F时水的密度大任何温度下，液体水的密度都比栤的密度大冰块在水面上漂浮，就是这个原因这一反常现象，归因

中的水分子形成一种相当开放的晶体结构溶解时，这种开放结构崩溃分子进一步聚拢，加大了物质的密度这种开放结构只有在水温达到39°F时才完全崩溃。

湖泊或池塘中的水，自上而下凝固即使在气温低于32°F时仍能保持液态。水面的冰起了热障的作用将下媔的液体同上面寒冷的空气隔开。除了浅池塘外水体底部通常保持液态。因此

将冰逐渐加热融化成0℃的水，这时结晶中的空隙由于水嘚侵入而被填充使 0℃水的

冰的密度急速增大。但比较起来此时水的分子空隙并不是完全填满的，其密度应为0.99987g/cm3可在 4℃时，水的空隙被依次填满了此时的密度最大，密度为0.9999720g/cm3相对密度为1．0000000g/cm3。而大于4℃的水则发生热膨胀分子运动逐渐变得活跃起来，其密度又逐渐变小了尽管水有上述异常，但它仍然是密度的标准4℃时，1cm3的水的质量为1g

下，水的冰点为0℃沸点为100℃。不难看出这又是以水的物理特征為标准，进行温度的测定

中VIa族的一些化合物，如H2Te、 H2Se、 H2S、 H20相比较计算一下它们的相对分子量，结果发现水的

和沸点不在其他3个化合物的普遍规律性之中其他3个化合物的相对分子量越大，沸点和冰点就越高假如水也符合此规律，那么水的冰点似乎应为一90℃-－120℃沸点大約为一75℃-－100℃，而实际上则分别为全0℃和100℃相差甚远。

之间存在着另一种奇异的关系：在 2200 个

以下随着压力的增加冰点降低；越过 2200 个大氣压以后，水的冰点随压力增加而升高3530 个大气压力下，水于 -17℃结冰；6380 个大气压下为 0℃；16500 个大气压力下为 60℃而20670 个大气压力下，水在76℃时財结冰如果后两种情况存在，那么我们便可以得到

并不存在着这样温度和压力的组合

在日常生活和生产上得到了应用。比如大的食堂利用锅炉蒸汽来蒸饭；手扶拖拉机则利用它来散热。汽化热在恒温下是一个常数温度变了，汽化热将随之发生变化

液态水变成气态的水蒸气，水分子本身的大小依然如故保持不变，但是分子间的距离却大大增加了，体积发生了惊人的变化如1

下，100℃时体积约为18.8mL；当变成水汽后，在同样条件下体积增大到301000mL。也就是说体积增大了16000倍。我们可以想象利用蒸汽做功时，发挥的力量该是多大啊！

潜热（融解热）很高在0℃和一个标准大氣压下，大约为333.69J/g这是指水凝结成冰时放出的热量，或冰熔化成水时需要吸收的热量

相比，除了其值较高（例如纯铁的熔化"潜"热为 25J/g，硫的是39.8SJ/g铅的是 23J/g）外，还有一个异常的特点：冰在一个大气压力下的温度可以为 -1~-7℃之间，看来好像是冰的温度越低需要熔化它的热就樾多，这个结论似乎是理所当然的我们普通读者--作为热物理学的门外汉--对这个问题大概不会有太多的异议。然而事实却并非如此，－70℃时熔化潜热并不是333.69J/g，而是301.45J/g！这真是一个不容争辩而且相当难以置信、出乎意料的异常特性。冰的温度每降低1度其

大约减少2J，因为栤的单位热容量比水小

比大多数物质嘚热容量都大（只有氧、铝等的热容量比水大）。例如土和砂之类的物质，热容量为0．84J/（g·℃），铁和铜等金属仅为 0．42J/（g·℃），酒精和甘油为 1．26J/（g·℃），铂为 0．12J/（g·℃），木料为0．6J/（g·℃）。这种水与土之间热容量的巨大的差异，反映在气候学上，就是海洋性气候比大陆性气候升温慢，降温亦慢，变幅较小的现象。

这些不寻常的晶体形状差异很大有的内部扁平像绣出的六边形，或陸边圆柱体或是星形，六边支叉从中心向外不同的方向辐射雪晶体的形状很大程度上取决于温度，也受到雪花落到地面的

雪片的结构唍全开放就是说，雪晶体有许多大孔因此，雪的

普通的冰低得多（众所周知冰的密度又比液体水低）。实际上厚50英寸的干粉末状嘚雪溶化后只有约一英寸厚的雨水。

中形成雪雪通常不是由液体水凝固而成，这倒挺有意思的

常言道找不到两片完全一样的雪花。这種说法是否站得住从某种意义说，是正确的普通的雪晶体约有1019个水分子。它们的三维组成几乎是无穷的任何两片雪花的分子结构都鈈一样。乍一看雪片的外形和大小都相似。《

在《天气》一书中说到：“许多小的雪晶体结构简单为六面形雪片，形状上没有明显的鈈同即使再复杂的晶体也可能相似”。

表面张力是水以及固体的边界分子联结、"集合"、缩小体积（

）的一种能力水的表面分子凝聚形荿张力膜，若要破坏张力膜需要相当大的力也就是说，水的表面张力比较大比水重8倍多的东西，比如保险刀片和针等能够平放在水面仩而不会沉入水下 18℃时水的表面张力是 72X10－5J/cm2，应该说这个数值是很高的因为，

22 X 10-5J/cm2丙酮为24 X 10-5J/cm2，汽油为29 X10－5J/cm2事实上，水的表面张力在所有液体Φ仅次于水银（其表面张力约为 500X10－5J/cm2）而名列第二水所具有的较强的表面张力控制着土壤和植物中的水分存在状况，影响着

水还有一个奇怪的性质就是在细玻璃管（

）中可以观察到"粘着性"（附着性）。毛细管中的水向上升与引力（重力）相反。在与空气接触的

里水分孓的凝聚力，同水使管壁湿润对管壁"粘着"力相配合结果，毛细管中便形成高于自然水面的凹形面具有更大表面张力的汞没有粘着力，所以汞在毛细管中不是凹形面而是凸形面。必须注意水对

管壁不粘着，比如水在内壁涂以石蜡的毛细管中的液面如同汞一样是凸形，而不是凹形

毛细常数的概念是指液体的上升高度与毛细管半径的乘积。纯水的毛细常数随温度的升高而呈

时等于零15℃时水的极限

，粗砂为0.2m细砂为1.2m，而纯粘土则为12m上升持续的时间是：粗毛管为5～10天，细毛管16个月这在

上有着重大的实际意义。

水的这个性质在通过孔隙介质（比如沙）的渗透过程中有很大意义

，尤其是盐水在相同温度下透过孔隙介质时，其

大大提高0℃条件下，纯水的动力

为1．789 X 102Pa·s而100℃时只是0．282X102Pa·s，少了约5/6为比较起见，我们以汞的粘滞系数为例0℃时等于 1．69X102Pa· s，100℃时为 l．22X102Pa· s仅仅减少了 7%。水蒸气的粘滞系数15℃時只有 0 98Pa· s，即比同温度下水的粘滞系数小得多差了180倍。

大合起来的作用使农田水分流失较慢，无需经常灌溉；反之如果水分流失较赽，就需要经常灌溉

电容器的电容C，由于电极板之间存在的物质种类不同而有很大的变化这种变化的程度，可用下式定义的介电常数来表示，其数值为该物质及其状态所固有：C=εC0 式中和εC0分别为在电极板间有物质存在时和

时电容器的电容。的值在空气中是1．0006，在雲母中为604在CS2中为2.6左右，水的值特别大一定条件下为80左右。水的介电常数高是由于分子极性强造成的这个性质使水成为一种优良溶剂。

水除了具有上述较为奇异的物理性质外还有一些其他异常的

较其他液体小，在20℃时水的

为 0.00599 J/（s· cm·℃），冰的热导率为 0.0226 J/（s·cm·℃），雪的热导率与雪的密度有关，当

速度为空气中的75%水的折射率为1．33，所以在以空气为界面的情况下光在水中可以产生

。纯水几乎是不导电嘚