科学总能给我们带来惊奇。数十年的观测和理论研究已经牢固树立了这样的观点：两个最接近银河系的较大星系大小麦哲伦云——在过去数十亿年中已环绕银河系运行了许多周。它们每次互相接近或靠近银河系时，就会带来一轮恒星形成活动大爆发（产星暴）。
但是在2002年和2005年，Nitya Kallivayalil（现在耶鲁大学）和她的同事们使用哈勃空间望远镜，以遥远的类星体作为固定不动的参照系测量了大小麦哲伦云在天空中的自行运动。结果令人惊讶，他们发现这两个星系的运动速度比此前的任何预测都快。“在完成数学计算之后，我们发现银河系的引力其实很难束缚它们”，Kallivayalil回忆说，“这的确令人大吃一惊。”
两项近期研究的自行运动速度测量已经证实了上述结论。其中一项由Kallivayalil领导，利用了“哈勃”望远镜上的另一具仪器；另一项由Kathy Vieira（耶鲁大学）领导。尽管目前测得的320千米/秒至350千米/秒的速度比Kallivayalil的最初测量结果稍慢，但这个速度却含义深远——大小麦哲伦云的运动实在太快了，以至于Gurtina Besla（现在。哥伦比亚大学）领导的另一个研究组做出推论：或许它们根本不曾完成过对银河系的一周绕转。Besla解释道：“我们计算出了一条麦哲伦云的轨道，它们在很近的年代才进入其中，这应该是它们首次进人银河系的引力范围。这条轨道与以前的认识完全不同。”
所以，看来大小麦哲伦云并不是银河系的老邻居，而是来自远方的客人，它们刚刚完成了与银河系的第一次亲密接触。天文学家们仍在讨论，在这次近距接触后，它们是否将被银河系的引力所束缚。William vail Altena（耶鲁大学）说：“这条轨道的最优解是它们最终被银河系捕获，但由于测量中的误差，也不能排除非束缚解的存在。”
因为这些新的观测使过去关于麦哲伦云轨道运动史的所有模型全部沦为废纸，所以理论家们已经开始着手研究它们究竟来自我们这个本星系群里的什么地方，以及它们不期而至的经历对它们的现状产生了哪些影响。
早期历史记录
尽管北半球大部分地区无法看见麦哲伦云，但人们数千年前就已经知晓它们的存在了。一些澳大利亚土著居民认为它们是两个伟大的神人，有时会来到地上，使人们在睡梦中窒息。在公元10世纪，阿拉伯天文学家Abd al—Raymali al—Sufi将大麦哲伦云命名为Al Bakr（意为“白牛”），并注释说只能在亚丁湾以南看见它。
在欧洲，直到15、16世纪的大航海时代，大小麦哲伦云的存在才广为人知。15世纪，葡萄牙航海家们称它们为“好望角云”，在通向好望角附近的非洲海岸的航路上，将其作为南方的指路星。
在费迪南德·麦哲伦的环球航行之后很久，它们的现代名称（麦哲伦云）才开始使用，而这位葡萄牙探险家本人却从未留下过关于大小麦哲伦云的只言片语。在原计划的环球航行大功告成前，麦哲伦于1521年在菲律宾不幸被杀。关于麦哲伦云的目击报告，是他属下的一名军官——意大利人Antonio Pigafetta提供的。Pigafetta甚至正确地猜测到，大小麦哲伦云都是由无数恒星组成的。（请注意，这是在伽利略和天文望远镜的时代之前！）“我见到许多簇集在一起的小恒星，它们呈现出两片朦胧的云朵般的外观”，他写道，“它们之间几乎没有距离，而且都相当模糊暗淡。”
在20世纪以前，很少有对于麦哲伦云的详细研究，这主要是因为在南半球缺少高性能天文望远镜。但是在此类设施建成后，这两个“星云”成了为其它星系建立距离尺标的关键，因此，在人类认识到宇宙远远大于过去所猜测的过程中，它们曾经发挥了重大作用。
旧的图景
大小麦哲伦云是怎样形成的，它们来自于何方？在空间时代来临前，人们对此一无所知。天文学家们还必须解释与麦哲伦云有关的一些构造。小麦哲伦云后面拖着一条气态的“麦哲伦流”，它在天空中延伸出140度。一个由气体和恒星构成的“麦哲伦桥”将这两个星系联接了起来，而在大麦哲伦云前方还有一个名为“导臂”（Leading Arm）的指状气体流。
此外，Erik Tollerud（加州大学尔湾分校）等人最近的工作显示，与大小相近的其它不规则星系相比，两个麦哲伦云的颜色明显更蓝，年龄明显更轻，并且以远高于其它类似星系的速率在制造新生恒星。这样的恒星形成活动史也有待科学家的解释。在两朵“星云”中都有迹象显示，普遍的恒星形成过程曾在大约100亿年基本中止，在30亿年至50亿年前再次启动并延续至今，每过几百万年就在两个“星云”中分别出现一个相似的高潮。有一篇论文这样描述：“约50亿年前产星活动在大小麦哲伦云中同时重启，意味着当时在麦哲伦云系统中曾发生过一次重大事件。”
在星团形成史方面，大小麦哲伦云则表现出了明显的差异，这使得问题更加复杂。在大麦哲伦云里，星团形成过程在约一百亿年前至四五十亿年前曾经中断。但小麦哲伦云中的星团则没有显示出这段中止的证据，其星团形成在过去一百亿年中的时间分布更为随机。因此，关于麦哲伦云过去历史的任何轨道运动理论，都必须能对于麦哲伦流、麦哲伦桥、导臂，以及恒星形成的历史做出合理解释。在20世纪90年代，天文学家们曾以为对于上述观测成果已经有了一个合理的解释：在过去60亿年中，麦哲伦云每20亿年左右环绕银河系运转一周。此外，小麦哲伦云被认为每数百万年环绕大麦哲伦云一周。在两者每次相互接近时，以及每次接近银河系时，引力都会压缩它们各自的内部气体，激起产星活动的一轮爆发，最近一次发生在约1亿年至2亿年前，当时大小麦哲伦云通过了离银河系中心约15万光年的近距点。在这次密近会合前后，大麦哲伦云的潮汐力从小麦哲伦云中拽出了大量气体，形成了麦哲伦桥；与此同时，银河系的潮汐力则拖拽这些气体而形成了麦哲伦流和导臂。
新的疑问
但是，2006年测量的自行运动数据使得上述模型归于失效。很显然，在过去60亿年中，麦哲伦云并没有多次绕转银河系。就像一颗彗星冲人内太阳系进行初次造访一样，麦哲伦云对于银河系也是新来的访客，它们来自于本星系群的其它地方。“这的确让我深感惊讶”，Besla说，“我想，倒不如说这个星系集团是意外形成的。” 而且，大小麦哲伦云似乎都是比较罕见的天体。例如，一项对于22000多个类似银河系的其它星系的细致调查发现，其中超过80%的星系在50万光年半径内没有较大的伴星系，有11%的星系有一个伴星系。仅有3.5%有类似麦哲伦云的大型伴星系。当科学家们放宽视野，观察中心星系以外80万光年半径的范围时，拥有2个类似伴星系的主星系数量仅仅提升到了8%。斯坦福大学的Risa Wechsler说：“这支持了麦哲伦云是初次接近银河系的观点。”
面对这些新数据，理论家们提出了许多种新模型，它们都在麦哲伦云的过去历史中排除了银河系的存在。例如，有一个模型假定大小麦哲伦云曾经发生过两次相互作用，一次在约25亿年前，约1.5亿年前又发生了一次。两者第一次交会制造了麦哲伦流，而非常晚近的那次——当时两者仅仅相距约3万光年——则造就了麦哲伦桥和导臂。
获得Besla研究组青睐的另一个理论也假定，麦哲伦云是一个双重星系，但小麦哲伦云处于一条偏心率极高的轨道上，而且每次绕转都会发生轨道衰减。30亿年前，两者的距离超过30万光年，在稍早于10亿年前的时候，小麦哲伦云冲到了约5万光年的近距离上，然后飞至15万光年的远处，随后又冲返目前的距离大麦哲伦云7.5万光年处。这几次近距离的交会制造了麦哲伦流、麦哲伦桥和导臂；同时因为两者的周围气体相互碰撞并开始凝聚为恒星，导致了恒星形成过程的几次爆发。
两位不速之客
尽管有好几个将麦哲伦云当作双重星系的数学模型，尽管所有人都同意它们来自于本星系群中的某个地方，但是关于它们最初从何而来，没有一个模型能够给出更多的信息，在解释为何恒星形成过程爆发于约50亿年前时，也都显得力不从心。
有趣的是，早在1991年，W.L.H.Shuter（不列颠哥伦比亚大学，加拿大）就提出过，麦哲伦云并未被银河系的引力所束缚，它们最初来自于仙女星系（M31）附近，约60亿年前在一次潮汐性会合中被抛射出了那个区域。当时，人们广泛认可麦哲伦云是银河系的伴星系，因为Shuter模型不符合这一观点，故而几乎未能引起任何注意。
在新的自行数据启发下，一群来自法国和中国的科学家重新审视了Shuter模型，并利用今天的更好数据和更精密的计算机，增加了一些新的变化路径。其中之一是，大小麦哲伦云最初都是矮星系，约40亿年至80亿年前，它们被卷入了与M31的并合过程。另一个是，仙女星系并合事件并非是吸收一个小型的矮星系，而是两个大质量星系并合成M31的重大事件。在两种演化路径中，仙女星系并合事件都会将麦哲伦云向我们抛射过来。这样就会在50亿年前左右，在两个麦哲伦云中触发恒星形成过程，而且这个过程今天仍在继续，并且每当两者在绕转的“舞蹈”中相互接近时，就会周期性地出现活跃的高潮。
可是，由于这些模型都将各星系的质量视作不随时间而改变，其他天文学家都心存严重的疑虑。当模型中考虑到星系会因吸积物质而生长时，要得出同样的结论就会变得非常困难。正如Besla所言：“我们连同M31一起考察了麦哲伦云的轨道运动史，尽力尝试在接近仙女星系的地方找到它们的轨道。但我们无法实现这一点。”于是，Besla转而认为，或许是当大麦哲伦云以引力捕获小麦哲伦云而形成双重星系系统时，促成了大约50亿年前的恒星形成过程大爆发。
无论麦哲伦云最初是否来自于仙女星系，很多天文学家现在都已认同如下观点：它们是近期被银河系俘获的，从此便沿着一条极度扁长的轨道运行，不久前刚以极小的距离接近过银河系，当时大麦哲伦云与银河系之间仅相距约16万光年。在未来数十亿年中，它们将向远处飞离，然后返回；因为每次接近银河系时，银河系的强大引力场便会周期性地将它们向内拉近，所以其轨道会慢慢衰减。
寻找最佳答案
2006年的惊人发现——麦哲伦云正以无人料及的速度运动——立即使过去30年的理论研究全部前功尽弃。然而，过去的理论模型仍然可以对进一步研究起到奠基石的作用。随着获得的数据越来越好，科学家们已经准备好了用新的观念将研究推进。正如Kallivayalil所述：“对于我而言，这是一段眼界大开的过程。人们是如此迫切地希望得到新的数据并纳入自己的模型，这令我惊讶和感动。”
开放的思想是投身这个领域的明确要求。尽管近期取得了很多成果，但这个领域中仍有大量的“自由参数”——由于缺少数据而不得不以假设填补的存疑之处。“对于理论家们来说，或多或少地调整数据，提出另一个看似可能的推测，这不是什么难事儿”，van Altena说道。“观测数据还不够丰富，无法对理论模型提出充分的约束条件。”
正如对于麦哲伦云是否来自仙女星系尚存争议，对于麦哲伦云是银河系的长周期伴星系的情况，尽管有新的高自行数据，一些科学家仍然能够建立起非常良好的模型。他们假设麦哲伦云的轨道远远大干以前模型的计算结果，并提高银河系的质量——这也是充满不确定性的“自由参数”之一。
必须等到欧洲空间局在接近2020年的时候发射Gaia探测器，一些自由参数才能够获得确定。Gaia将测量约10亿颗恒星的运动，从而帮助天文学家们为银河系及其伴星系的形成和演化建立精确模型。van Altena说：“到那时，我们才能确定有关的理论，它们将被更严格的限制条件所约束。”
只有在未来取得这些进展后，天文学家们才能更精确地重构麦哲伦云的历史。这不仅仅将解答它们来自何方，还将预告它们的最终归宿。
——译自《天空与望远镜》（2012年10月号）
（责任编辑：黄京一）
