XXVIII：银河系——牛奶大街的前世今生

引言：人类对于银河系的认识，是如何一步步发展到今天的呢？

知识点I：威廉·赫歇尔的银河模型

        著名天文学家威廉·赫歇尔通过“数星星”的方式研究银河系的结构。1776年，威廉·赫歇尔开始系统地研究恒星计数工作。他先把天空按照经纬度划分成1083个天区，然后把望远镜一次又一次对准那些天区，然后小心翼翼地数星星，要按照恒星的视星等分别计数，并且分析天空各个方向的分布情况。。到了1785年，他总共观测了117600多颗恒星。他发现离银河平面越近，星星的数量越多，显得越密集，他得到的银河系的大致图像看上去是一个呈扁平状的，中间厚一点，两边薄一些，长度与厚度比为6:1，像个大烧饼，太阳在“烧饼”的中间。

知识点II：卡普坦的银河系模型

        随着天文学家掌握了一些行之有效的恒星测距方法，以及照相术被引入天文学，测定恒星的位置就变得更加精确了，这对确定银河系的大小和形状极为关键。荷兰天文学家卡普坦利用照相底片进行计数研究，并测量恒星的位置和亮度。1906年，他提出一个巡天观测计划，全天选出206个区域，请求世界各地天文台进行观测。由于当时只有极少数恒星的距离是通过视差来确定的，于是他只能通过测量数千颗恒星的自行来代表视差。他在1920年和1922年发表了他所构造的银河系模型：一个直径约为5.5万光年、厚度约为1.1万光年，包含474亿颗恒星的盘状系统，太阳位于银河中心。由于卡普坦没有考虑星际介质的消光作用，所以他的银河系模型比我们现在所知道的小一些，俗称“小银河系模型”。

知识点III：沙普利的银河系模型

        1914年美国天文学家哈罗·沙普利到达威尔逊山天文台工作，专门从事球状星团的研究。绝大部分球状星团都分布在人马座及其附近区域，这在当时是个非常困扰天文学家的问题。他使用当时世界最大口径的2.5米望远镜仔细研究了六七十个球状星团，采用造父变星方法进行测距，将它们与太阳附近的恒星进行比较，发现多数球状星团距离都在几万光年以上，最远的在20万光年，这就意味着银河系应该大很多。并且，他大胆猜测造成球状星团比较集中的真正原因是太阳并不在银河系的中心。沙普利给出的银河系直径为33万光年，太阳距离银心6.5万光年，俗称“大银河系模型”。夏天，我们正好对着银河中心的方向，恒星稠密，所以夏季银河比较亮；冬季则是往相反的方向观察，那里恒星相对较少，因此比较黯淡。

知识点IV：银河系大小的判定

        1925年，瑞典天文学家阿林德布拉德根据开普勒行星运动猜测太阳轨道内侧的即靠近银心方向的恒星公转速度更快，会呈现类似“逆行”的现象，而离银心较远的恒星则是以更慢的速度“逆行”。莱顿大学天文台的奥尔特于1927年完成了相关的测定工作，根据他的计算，太阳系距离银河中心大约为一万秒差距，即32600光年，太阳公转速度是250km/s，即90万km/h，太阳带着我们绕银河一圈需要2亿5千万年。而然，不过这项研究却出人意料地引出了一个令人震惊的发现，也是现在最大的谜团——暗物质。

知识点V：银河系的形状与结构

        一直到射电窗口打开以后，我们才真正了解了银河系的结构。1944年奥尔特让他的学生范德胡斯特预言了中性氢原子21cm谱线的存在。1958年，奥尔特领导的射电天文小组与澳大利亚联邦科学与工业组织的射电天文小组，终于联合绘制出了第一幅银河系21cm中性氢的分布图，银河系旋涡结构也得以呈现在世人面前。

        当今公认的银河系模型：银河系由银盘、银晕、核球和旋臂组成。侧着看，银河像铁饼，中间凸四周薄，中间凸的就是核球，是银河系物质最密集的地方，直径约为1.3万-1.6万光年，边缘扁而薄的部分称为银盘。银盘直径大约为8万光年，中心厚约0.6万光年，边缘厚约0.2-0.3万光年。但是银河系并没有一个明显的边界，只不过越到边缘天体越少，因此银河系直径也可以认为有10万光年左右。包裹在银盘周围的有一个范围巨大而物质稀疏的球状结构，被称为银晕，现在最前沿的研究认为银晕的直径要比银盘大好几倍。如果从上往下俯瞰，银河系是个棒旋星系，核球在一个方向上稍长一些。核球向外延伸出去若4条主要的旋臂——英仙臂、船底-人马臂（人马臂）、南十字-盾牌臂（南十字臂）和外缘旋臂，以及比较小的旋臂——矩尺臂、猎户臂、船底-天鹅臂、3Kpc臂，太阳位于猎户臂内侧，距离银河中心约2.6万光年。银河系的中心是一个400万倍太阳质量的巨大黑洞。