一言以蔽之：星系盘中的天体在旋转的过程中发生了倾转！
记住这一点：很简单地去设想一下，一群旋转的天体偏离了旋转面——也就是说，它们的旋转轴发生了偏折，造成天体们的轨道逐渐倾斜，并由此引起了两个直观的现象：从侧面看去，1.旋转中的天体有的会向上，还有的会向下运动（运动学）；2.这群天体中有的到了高处，有的去了低处（几何学），这便是“翘”之所在。
来龙去脉：
这个问题是我在 2016 年秋天问的，当时没有确定的答案，之后的几年里，关于翘曲的研究有了突破性的进展。人们也在逐渐接近真相，同时又产生了更多疑问。而这个答案将会参考最近的一篇论文：《舞动的银河系：跨越银盘的进动与倾转》
银河系是我们人类的家园星系，银盘就是银河系内天体聚集的地方，它很薄，侧面看去就像一个盘子。在宇宙中有大量跟银河系性质相似的星系，因此研究银河系可以帮助我们认识星系的结构和演化。
1.翘翘的银河是怎么发现的？
早在上个世纪中叶，人们便发现银河系和河外星系外部边缘的气体分布高低不一致，因此推测出银河系也具有翘曲结构。然而，气体的距离和三维运动速度很不好测，翘曲研究也停留在模型假设上。直到 2019 年，科研人员才通过一种方便距离测量的特殊年轻天体——造父变星，第一次直接观察到了银河系的翘曲。有趣的是，这个工作几乎同时被中外两拨科研人员独立做出来，分别刊发在《自然·天文》和《科学》两个期刊上。
不过这仅仅看到了银河系外部翘曲的几何结构，为了分析翘曲是怎么运动的，2020 年，科研人员利用一颗天体测量卫星”Gaia“的数据，发现银河系边缘有一大堆恒星整体上有往“上”跑的趋势，并由此推算出银盘外部翘曲结构具有很强的“进动”模式，这个工作刊发在了《自然·天文》上。
然而，将银河系边缘往“上”跑的趋势看做是翘曲结构的运动特征，仅仅是一个假设，因为这些恒星距离很不好测，没办法直接用它们展示银河系的翘曲结构。而造父变星的运动速度测量误差太大，因此很难同时获取翘曲的几何结构和运动特征。
2.银盘上是否存在一种天体，可以同时兼顾距离和速度的高精度测量吗？
有！这便是今天另一个主角——疏散星团（OC）。疏散星团是几十个到上千个恒星的聚集体，这些恒星大多同时在同一个很小的区域产生，因此具有近乎相同的年龄、距离和运动速度。因此，虽然单个的恒星距离和运动测量误差很大，但对于疏散星团来说，几十上百颗恒星进行平均后，误差将会大大减小。
不过，为什么一直以来，疏散星团缺席了翘曲结构的研究呢？
因为它太少了，远处的就更稀有。如果要呈现出银河系翘曲，需要有大量距离在 2 万光年以上的星团。然而，受限于观测精度，在过去（2018 年前），人们无法高效地分辨疏散星团的前景和背景恒星，因此，仅有两三千个近处的疏散星团被发现，并且后来还证实其中可能有 1/3 以上并非真实星团，其中不到 100 个距离可以达到 2 万光年。
2018 年以后，天体测量卫星”Gaia“数据的释放改变了这个局面：天体测量主要是测恒星的位置变化，而疏散星团成员星位置变化非常一致，与背景和前景恒星可以区分开来。利用这个特点，近五年以来，有超过 6000 个疏散星团被证认出来。值得一提的是，其中一半以上的新星团是中国一所大学的科研人员找到的，并且按照惯例这些新星团用学校的名字来编号成表，对中国的大学来说尚属首次。
3.疏散星团带来的新发现
利用这些疏散星团，尤其是大量的远距离“CWNU”疏散星团，科研人员复现了银盘外部的翘曲几何结构，这种结构同造父变星展示的结果很一致。
令人惊喜的是，疏散星团还给大家带来一个新的认识：
翘曲并非仅在星系边缘，整个星系盘都是”翘“的！
如上图所示，相比于银河系外部，内部“翘”的幅度要小一些，乍一眼是看不出来的，但如下图所示，疏散星团们在几何和运动学上都显示出了翘曲的特征。过去人们认为太阳系附近没有翘曲，然而这个工作表明，星团和造父变星都显示出太阳系所在区域也是处于倾斜的银盘之中，幅度还不小（大约 0.6 度）！
就是这 0.6 度，就足以让太阳系在银盘中的垂直速度发生 1 km/s（千米每秒）以上的改变，使得银盘进动的计算数值发生变化，并且高精度的天体测量也不能忽视这一效应......当然，这是后话。
与此同时，另一个运动也被初次显现出来：银盘倾转。
方才说过，天体的轨道是倾斜的。然而，怎么倾斜呢？通过疏散星团的三维速度，计算得出银盘轨道倾斜角度由内而外都正在发生变化，而在过去，由于距离和运动的观测精度不高，并没有发现过这种“倾转”运动；并且，这个工作还给出了一个推论：星系中天体的平均轨道很可能不是完美的圆周，而可能是以椭圆轨道的形式存在——这也可以解释为什么翘曲两边的高度不对称，以及银盘中面不在一个平面上。
这就是翘曲的运动学成因，所有天体在旋转过程中，旋转轨道（很可能是椭圆）同时在发生倾斜转动！这就好像裙裾摆动的、一个在跳舞的银河系。舞动的星系边缘幅度较大，看上去就有明显的“翘曲”，而在内部幅度要小一些，并且从侧面看上去，受到外部边缘前景的影响，不那么容易在几何图像上看到，但翘曲引起的垂直方向速度变化可以被发现。
过去，人们认为引起翘曲的银盘外部倾斜可能是星系附近的邻居造成的，但银河系疏散星团告诉我们，星系内部也有翘曲，而且这种翘曲变化的程度无法仅仅用外部环境的影响来解释。因此，新的问题也来了，造成星系倾转（椭圆）进动的动力学原因，又是何在？
这便是今后要去解决的问题了！
参考：
Theoretical Astrophysics - Research - Warps
A three-dimensional map of the Milky Way using classical Cepheid variable stars-Science
An intuitive 3D map of the Galactic warp's precession traced by classical Cepheids-Nature Astronomy
ESA Gaia
Evidence of a dynamically evolving Galactic warp-Nature Astronomy
Survey for Distant Stellar Aggregates in the Galactic Disk-ApJS
Geometry and Kinematics of a Dancing Milky Way: Unveiling the Precession and Inclinational Variation across the Galactic Plane via Open Clusters-ApJL
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