密度波理論
密度波理論（英語：Density wave theory），或稱林-徐密度波理論（Lin–Shu density wave theory），是林家翹和徐遐生兩位天文物理學家在1960年代中期為解釋螺旋星系的旋臂結構所推出的理論，他們的理論引進了長期存在的理想準靜態密度波（也稱為heavy sound）[1])，他們選擇讓星系盤有較高一點的密度（大約高10-20%）[2]。這個理論也成功的運用在土星環。
星系旋臂
由於螺旋星系的自轉是較差自轉，內部的自轉角速度大於外部的角速度，旋臂本應當越纏越緊，最終完全纏繞在一起。實際情況卻並非如此。1942年，瑞典天文學家林德布拉德首先提出了密度波的思想，1964年，天文學家林家翹、徐遐生等人建立了系統的密度波理論。密度波理論認為，螺旋星系的旋臂是恆星繞星系中心運動時空間分佈較密集的區域。組成旋臂的恆星並非始終處於旋臂中，而是有進有出。在旋臂後方，恆星不斷進入旋臂，由於恆星密集，引力場加強而被減速，在旋臂前方，旋臂中的恆星速度加快，走出旋臂。因此螺旋星系能夠在整體上維持旋臂結構的圖案，並且旋臂是與星系的自轉方向同向的。密度波理論成功地解釋了旋臂結構的成因，得到了很多觀測事實的支持，但仍有一些問題尚不清楚。
應用在土星環
從1970年代晚期開始，Peter Goldreich、徐遐生和其他一些人將密度波理論應用在土星環[3][4][5]。土星環（特別是A環）包含許多由衛星激發出林德布拉德共振與垂直共振產生的螺旋臂密度波。雖然土星環因為中心的質量（土星自己）相較於盤面是非常大的，造成螺旋臂是更緊密並且受到傷害（通常只能延伸數百公里），但主要的物理機制與星系相同[5]。卡西尼任務揭露了許多由環中的衛星潘和阿特拉斯激發出的非常小的密度波，和由巨大的衛星造成的高階共振[6]，並且波的形式會因為Janus和Epimetheus的軌道變化而隨着時間改變[7]。
參考資料
- ^ 1974ARA&A..12..113K Page 113. [2022-06-20]. （原始內容存檔於2021-08-06）.
- ^ Carroll, Bradley W. and Dale A. Ostlie. An Introduction to Modern Astrophysics. Addison Wesley. 2007: 967.
- ^ Goldreich, Peter; Tremaine, Scott. The formation of the Cassini division in Saturn's rings. Icarus (Elsevier Science). May 1978, 34 (2): 240–253. doi:10.1016/0019-1035(78)90165-3.
- ^ Goldreich, Peter; Tremaine, Scott. The Dynamics of Planetary Rings. Ann. Rev. Astron. Astrophys. (Annual Reviews). September 1982, 20: 249–283. doi:10.1146/annurev.aa.20.090182.001341.
- ^ 5.0 5.1 Shu, Frank H., Waves in planetary rings, Greenberg, R.; Brahic, A. (編), Planetary Rings, Tucson: University of Arizona Press: 513–561, 1984 [2009-04-13], （原始內容存檔於2017-04-19）
- ^ Tiscareno, M.S.; Burns, J.A.; Nicholson, P.D.; Hedman, M.M.; Porco, C.C. Cassini imaging of Saturn's rings II. A wavelet technique for analysis of density waves and other radial structure in the rings. Icarus (Elsevier). July 2007, 189 (1): 14–34. doi:10.1016/j.icarus.2006.12.025.
- ^ Tiscareno, M.S.; Nicholson, P.D.; Burns, J.A.; Hedman, M.M.; Porco, C.C. Unravelling temporal variability in Saturn's spiral density waves: Results and predictions. Astrophysical Journal (American Astronomical Society). 2006-11-01, 651: L65–L68. doi:10.1086/509120.
外部資料來源
Bertin, Giuseppe. 2000. Dynamics of Galaxies. Cambridge: Cambridge University Press.
Bertin, G. and C.C. Lin. 1996. Spiral Structure in Galaxies: A Density Wave Theory. Cambridge: MIT Press.
C.C. Lin, Yuan, C., and F.H. Shu, "On the Spiral Structure of Disk i Galaxies III. Comparison with Observations", Ap.J. 155, 721 (1969). (SCI)
Yuan, C.,"Application of Density-Wave Theory to the Spiral Structure of the Milky Way System I. Systematic Motion of Neutral Hydrogen", Ap.J., 158, 871 (1969). (SCI)
進一步閱讀
- Rohlfs, K., Lectures on Density Wave Theory, SpringerVerlag, Berlin, 1977.