星系旋臂

由于旋涡星系的自转是较差自转，内部的自转角速度大于外部的角速度，旋臂本应当越缠越紧，最终完全缠绕在一起。实际情况却并非如此。1942年，瑞典天文学家林德布拉德首先提出了密度波的思想，1964年，旅美中国天文学家林家翘、徐遐生等人建立了系统的密度波理论。密度波理论认为，旋涡星系的旋臂是恒星绕星系中心运动时空间分布较密集的区域。组成旋臂的恒星并非始终处于旋臂中，而是有进有出。在旋臂后方，恒星不断进入旋臂，由于恒星密集，引力场加强而被减速，在旋臂前方，旋臂中的恒星速度加快，走出旋臂。因此旋涡星系能够在整体上维持旋臂结构的图案，并且悬臂是与星系的自转方向同向的。密度波理论成功地解释了旋臂结构的成因，得到了很多观测事实的支持，但仍有一些问题尚不清楚。

应用在土星环

从1970年代晚期开始，Peter Goldreich、徐遐生和其他一些人将密度波理论应用在土星环。土星环（特别是A环）包含许多由卫星激发出林德布拉德共振与垂直共振产生的螺旋臂密度波。虽然土星环因为中心的质量（土星自己）相较于盘面是非常大的，造成螺旋臂是更紧密并且受到伤害（通常只能延伸数百公里），但主要的物理机制与星系相同。卡西尼任务揭露了许多由环中的卫星潘和阿特拉斯激发出的非常小的密度波和由巨大的卫星，造成的高阶共振，并且波的形式会因为Janus和Epimetheus的轨道变化而随着时间改变。

参考资料

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外部资料来源

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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)

进一步阅读

Rohlfs, K., Lectures on Density Wave Theory, SpringerVerlag, Berlin, 1977.

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