圖1. 旋渦星系M51和它的伴星系,，可以看到兩條明顯的旋臂,。  

（圖片來(lái)源：北京天文館2020天文攝影師大賽；作者：姚慷）  

很多星系都有漂亮的旋臂,。這些旋臂是怎么形成的呢？很多人會(huì)認(rèn)為,，旋臂是由固定的大量恒星,、星際氣體和塵埃組成的，旋臂里的天體會(huì)幾乎一直聚在一起繞星系中央旋轉(zhuǎn),。  

1942年,，瑞典科學(xué)家林德布拉德否定了這種說(shuō)法，提出了密度波理論,。1963年,，天文學(xué)家林家翹和徐遐生等人發(fā)展了密度波理論,。該理論認(rèn)為，旋臂不是由固定物質(zhì)組成的,，而是一種運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)現(xiàn)象,，此波是大尺度物質(zhì)分布維持與自引力平衡的一種密度波。恒星和物質(zhì)在繞星系中心旋轉(zhuǎn)時(shí),，繞轉(zhuǎn)速度和空間密度都是波動(dòng)變化的,，當(dāng)它們進(jìn)入引力勢(shì)能較低的區(qū)域時(shí)速度變慢，物質(zhì)顯得密集,，波密度極大的波峰處就呈現(xiàn)為旋臂的圖像,。  

為了便于理解，可以把恒星與汽車(chē)的運(yùn)行類比,，把恒星想象為運(yùn)動(dòng)在圓形公路上各個(gè)不同車(chē)道上的汽車(chē),。如圖2所示，假定因修路關(guān)閉了一條車(chē)道中的某個(gè)路段,，這個(gè)區(qū)域交通堵塞會(huì)使汽車(chē)密度增加,，但是汽車(chē)最擁擠的區(qū)域不是由相同汽車(chē)組成的，也就是說(shuō),，每輛汽車(chē)都通過(guò)了擁擠的地方,。  

圖2. 密度波理論示意圖  

（圖片來(lái)源：《基礎(chǔ)天文學(xué)》，劉學(xué)富主編）  

星系的旋臂就像是修路工程的工地,，其旋轉(zhuǎn)的速度（工程的推進(jìn)速度）完全不同于單顆恒星的速度（每輛車(chē)的速度）,。所以，構(gòu)成旋臂的恒星,、氣體,、塵埃等物質(zhì)并不是固定的，而是有進(jìn)有出的,。我們的太陽(yáng)目前位于獵戶臂上,，若干年之后，將會(huì)離開(kāi)獵戶臂,，進(jìn)入旋臂之間更為空曠的星際空間,。  

（本回答主要參考了劉學(xué)富老師主編的《基礎(chǔ)天文學(xué)》）