发现银河系

一条淡银色的 模糊光带在夏日缀满灿烂星 斗的 夜幕上横空出世，由西北向西南蜿蜒伸展，在天鹅座处忽然一分为二继续南泻而去，穿过人马座后又合二为一，最后消失在地平线上，这就是银河。古人不清楚这条银色光带是什么，以为它是天上的 河或路，故而中国古代称之为天河，古希腊称之为牛奶路。

发现银河由恒星 组成，是人类第一个用望远镜观测天空的 人 — 伽利略的 功绩。1609年将自制的 望远镜指向天空时，伽利略就惊讶地发现，银色的 光带原来是密密麻麻的 星 星 。不过，这些星 星 太遥远了，即使在望远镜里也只是些暗淡的 小亮点，引不起人们的 兴趣。后来，包括德国的 大哲学和思想家康德在内的 少数学者慢慢意识到，这些暗淡的 恒星 是与太阳一样的 天体，只是太遥远而已，他们猜测这条银色的 光带可能是恒星 的 聚集地，并第一次提出了“星 系 ”的 名称。不过，这种思想在那时得不到多数人的 支持。1781年，英国天文学家赫歇尔因发现天王星 被封为宫廷天文学家，并享受终身俸禄，这使赫歇尔有条件研制当时世界上最大的 望远镜。赫歇尔决心检验康德的 猜测，他不辞辛苦地一夜又一夜地用望远镜观看星 空，一颗星 一颗星 地计数。经过几年的 观测，赫歇尔一共记录了117,600颗星 ，并第一次绘出银河系 的 外貌图：一个扁平的 “张开血盆大嘴的 怪鱼”，我们太阳位于其中央不远的 地方。从此，这个由包括太阳在内的 恒星 组成的 庞大体系 ——银河系 ，逐渐为天文学家所认识。

进入19世纪后，制造望远镜的 水平大大提高了，口径的 不断增大、照相术的 采用，将人类的 目光伸展到太空的 深处，观测到的 恒星 越来越暗弱，越来越多，我们的 银河系 也随之增大。二十世纪初，荷兰天文学家卡普坦发动了一项历时8年之久的 国际合作计划，对天空不同方向上的 恒星 进行大规模的 计数和测量。最后，他发现我们的 银河系 呈扁平的 盘状，直径大约为4万光年，太阳位于离银心不远的 地方。

不久，美国天文学家沙普利发现了一个奇怪的 现象，他发现球状星 团都分布在天空的 一侧。据此沙普利大胆地判断，我们太阳处在银河系 的 边缘，球状星 团分布的 对称点才是银河系 的 中心。为什么呢？设想我们处在城市的 闹区中央，向四周望去肯定全是闪亮的 灯火。如果走到城郊结合区，我们会发现城市一侧的 上空散发着片片灯火，而向另一侧郊区望去一定是黑幕重重。假如把银河系 比作城市，银心比作闹区中央，球状星 团比作灯火，我们站在太阳处看到的 天空就是这种情景，它说明我们的 太阳并不位于银河系 的 中心。沙普利给我们描绘了一幅正确的 银河系 图像，尽管他后来走入歧途误将银河系 当成了宇宙。从此以后，人类对星 空的 认识进入了一个新的 境界，认识到我们太阳和太阳系 只是更庞大得多的 恒星 集团——银河系 中一个普通的 成员。

小故事： 沙普利与柯蒂斯之争

早在16世纪麦哲伦环球航行之时，就发现两个云雾状天体，这就是大、小麦哲伦云。后来发现了不少云雾状天体，它们被称为星 云，其中有一些呈旋涡状。一些学者认为，这些旋涡星 云存在于银河系 之外广袤的 宇宙空间里，就像大海中的 岛屿，哲学家康德称之为“岛宇宙”，即现在所说的 星 系 。不过，这种观点在当时属于少数派。更多的 人认为它们属于银河系 的 成员。

争论从18世纪开始一直延续到20世纪初。1920年4月，美国科学院专门举办了一个“宇宙尺度”辩论会，以沙普利为首的 一方对阵以柯蒂斯为首的 另一方，双方进行了一场宇宙大辩论。沙普利坚持大银河系 学说，认为旋涡星 云属于银河系 天体；柯蒂斯认为银河系 很小，旋涡星 云位于银河系 外。这就是天文学史上有名的 “沙普利－柯蒂斯之争”。1923年，哈勃利用造父变星 测定了仙女大星 云的 距离，证实了这些星 云远在银河系 之外，最终结束了这场旷日持久的 辩论，并使银河系 从宇宙至尊降格为一个普通的 星 系 。

银河系 的 结构与组成

银河系 的 形状如同铁饼，中央鼓起，四周扁平。在引力和旋转的 作用下，恒星 和星 际气体尘埃物质都集聚在银道面附近，越靠近银道面，物质的 密度越高，形成一个盘状的 结构，称为银盘。太阳位于银盘上，相距银河系 中心（简称银心）约2万8千光年。正是因为太阳远离银心，夏季地球公转到太阳与银心之间，夜色降临时，银盘上密聚的 恒星 投影在天球上形成了一条银色的 光带，这就是银河。不过，冬季的 夜晚地球转到了太阳背离银心的 外侧，夜间看到的 是背向银心的 星 区，那里的 恒星 很少，所以冬季夜晚的 星 空是稀稀拉拉的 。由于银盘上集聚了大量的 星 际物质，特别是在银心方向，它们遮挡和吸收背后恒星 发出的 光，因此看上去是黑的 ，表面上像银河分了叉。银心在人马座方向，离开银心星 际物质变少，银河重新又合而为一。银盘的 直径大约有10万光年，而厚度只有几千光年。

银盘上的 物质分布很不均匀，它们聚集成旋涡状，称为旋臂。有旋臂的 星 系 称为旋涡星 系 ，银河系 就是一个典型的 旋涡星 系 ，它有多条旋臂。我们太阳附近就有3条旋臂，从内往外依次是人马臂、猎户臂和英仙臂，太阳位于猎户臂的 内侧。从别的 旋涡星 系 可以想象我们的 银河系 ，美丽的 旋臂犹如翩翩轻舞的 彩带。旋臂上集聚有大量的 恒星 、星 际气体和星 际尘埃，在那里可以观测到许多正在诞生的 恒星 。

银河系 中心明亮而隆起、近似球形，称为核球。核球内集聚了大量的 恒星 ，在核心处有一个物质密度很高的 区域，称为银核，银心位于银核的 中心。

银河系 除了核球和银盘以外，在银盘的 上下四周还散布有许多球状星 团和老年的 恒星 ，它们分布在大致呈球形的 范围里，这就是银晕。

银河系 物质的 总质量大约相当于太阳质量的 2000亿倍，它们以恒星 、星 际气体和星 际尘埃的 形式出现，这些都是能发光的 物质。近年来，已经证实银河系 里还有一种不发光的 物质，因为不发光，我们称之为暗物质，它们分布在比银晕更广得多的 范围内，称为暗晕。暗晕的 直径可能是银晕的 10倍，质量也可能是银河系 “明亮物质”质量的 10倍。

小知识：量天尺

常识告诉我们，两盏功率一样的 路灯，近的 亮，远的 暗。具体计算后可以发现，灯看上去的 亮度（称为视亮度，即表观亮度）与灯的 距离平方成反比。这样，只要测定出灯的 视亮度就可反推出灯的 距离，当然，这些灯必须很标准，一样亮。宇宙中可以找到许多类似的 “标准灯”，其中有一类称为造父变星 的 恒星 。造父变星 的 亮度在周期地变化，这种变化周期与造父变星 的 光度，也就是它的 本质亮度有准确的 关系 ，只要测定亮度的 变化周期就可以推算出造父变星 的 光度，而有了这个光度，结合测量到的 视亮度，就可以推算出它的 距离。用这个办法可以轻而易举地知道包含造父变星 的 星 团或星 系 的 距离。因此，造父变星 后来获得了“量天尺”的 美名。

银河系 的 内部运动

旋涡星 系 的 外形明白地表明星 系 一定是在转动的 ，我们的 银河系 也应当在转动。银河系 的 转动与我们太阳系 行星 绕太阳的 公转不同，也与平时见到的 月球一类刚体的 自转也不同，银河系 的 转动介于这两者之间，我们把这种转动方式称之为较差转动。

太阳系 行星 的 公转是从内往外越来越慢，离太阳越远的 行星 转动越慢，转动速度可以用开普勒的 三大定律计算出来，所以称为开普勒转动。刚体的 转动正好相反，越往外转动越快，转动速度与离转动中心的 距离成正比。

银河系 的 转动很复杂，银核的 转动类似刚体，但银盘外部的 转动完全不同，有的 地方快有的 地方慢，并不象太阳系 的 开普勒转动那样越往外越慢。这是因为银河系 的 物质散布在很大的 范围里，特别是外部的 银晕里也存在大量物质，因此产生了独特的 自转模式。

今天，我们的 太阳及其附近的 恒星 正以220千米每秒的 速度绕银河系 中心转动，大约每2.4亿年绕行一周。

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