什么是银河系？

天文科普
20年10月6日
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我是好人

什么是银河系？
如果我们用肉眼粗扫一下天空，好像我们看到了天空中所有的星星。没有什么地方的星星看上去特别密，也没有什么地方的星星看上去特别稀。由此我们可得出结论，对我们而言，星星在各方位是平均分布的，而且，如果星星作为一个整体能够构成具有一定形状的集合体，那么此形状一定是球形。显然，所有大的天体都近似为球体，为什么不能把整个银河系看作是一个球体呢？
当然，我们用肉眼看到的星星仅有 6000 颗，这些星星大都是离我们相当近的。如果我们使用望远镜会发现什么呢？答案是我们看到了更多的星星，而且它们好像也是均匀地分布在天空中的——除了银河。
用肉眼观察，银河是一条弱光带（如今，如果我们居住在城市里，就很难看到银河了，这是因为天空被人工照明映亮了）。它看上去是淡乳白色。事实上，有一个关于它的神话故事：从前，宙斯的妻子赫拉正在给婴儿哺乳时，她的乳汁流入了天空就形成了这条弱光带。希腊人把它称为 galaxias kyklos（银环），罗马人称之为 via lactea（银河），由此我们就得到了它的英文名称。
但是，真正的银河是什么呢？如果我们不考虑神话故事，那么我们可以首先想到古希腊哲学家德谟克利特，大约于公元前 440 年，他提出银河实际上由大量的星星组成，这些星星无法被单个分辨开。但是它们聚集起来发出柔和的光。虽然这个观点没引起人们的重视，但是它恰恰是完全正确的。就在 1609 年，伽利略把第一架望远镜对准天空并发现银河容纳了极大数量的星星时，这个理论被证实了。
“极大数量”是指多少？人们看夜空时的第一印象是星星是数不清的，它们太多了以至于无法计算。但我已提过几次，用肉眼所能看到的星星的总数仅仅大约为 6000 颗，通过望远镜看到的星星的数目就大得多了。那就意味着它们是数不清的吗？
在银河方向的星星非常密，但在其他方向上星星就相对稀少了，这意味着我们必须抛弃形成球状结构的星体的整体概念。如果是那样，各个方向上的星星数目与银河方向上的星星数目应该一样多，而且，随着较近的星星以弱光为背景而闪烁着（没有现在壮观），整个天空将被照亮。
那么，我们必须假设，星星存在于非球状的大星团中，且在银河方向上比在其他方向上延伸得更远。既然是这样，那么银河显示出星星都聚集成透镜形或汉堡包形。这种透镜形的星团被称为银河系（来自银河的希腊语释义），同时由于我们看到的环绕天空的暗光带的原因，银河这个名字被保留下来了。
第一个提出星星存在于掩光星系中的人是掩光天文学家托马斯·赖特。他于 1750 年提出该建议，但他的想法好像很混乱和不可理解，以至于开始时很少有人注意他。
当然，即使银河系是透镜形的，它也可以永远在长径方向上延伸。尽管在银河的外面只看到比较少的星星，但在银河内部却存在着无数的星星。
为了说明问题，威廉·赫歇耳统计了一下星星的数目。自然，在一定时间内，指望数清所有的星星是不可能的。
赫歇耳选择了 683 个小区域，它们均匀地分布在天空中，然后统计每一区域里用望远镜看到的星星。用这种方法，他得到了我们现在称为天空中的“假想的民意测验”的星星数目。这是第一个把统计学应用于天文学的例子。
赫歇耳认为每个区域里的星星的数量与它接近银河的程度有关。在所有方向上，星星数目随趋近银河程度的增加而稳步地增长。从他统计的星星数目上看，可以估算出银河系的星星的数目以及银河系可能有多大。1785 年，他宣布了结果，并提出银河系的长径大约是太阳到天狼星的距离的 800 倍，短径是此距离的 150 倍。
半个世纪后，天狼星的实际距离被算出来了，可得出赫歇耳认为的银河系的长径是 8000 光年，短径为 1500 光年。同时，他算出银河系内有 80 亿颗星。虽然这是个巨大的数目，但不是不可数的。
在近两个世纪内，天文学家用比赫歇耳所能用的好得多的仪器和技术探索了银河系，如今了解到银河系比赫歇耳所料想的要大得多。在长径方向上至少延伸出 10 万光年，可能拥有 2000 亿颗星。不过可以说，我们确认了银河系以及星星不是无数的而是可计算的，这是赫歇耳的功劳。