銀河繫到底有多大？旋臂1951年才認識，棒旋結構2004年才被發現

2020-10-18 星辰大海種花家

銀河系有多大？這不是我們經常能看到的麼？橫跨北半球到南半球，我們稱為銀河與英文中的Milk Way意思都類似，都是白白的一條帶子。但從古到今，一直以來都沒有人想過銀河裡流淌的到底是什麼？

伽利略的銀河系

當伽利略將望遠鏡指向天空的那一刻開始，人類的世界就從天圓地方拓展到了無垠的宇宙，當然伽利略的望遠鏡還僅僅只能解析銀河系中比較亮的恆星，但人類終於發現，天上那條乳白色亮帶不是牛奶，更不是銀色的河流，而是無數星星的組合！

當然伽利略最偉大的發現並不是發現銀河是無數恆星的組合，而是建立起了一個系統實驗來驗證理論，具有嚴謹邏輯的近代科學體系，伽利略被稱為「近代科學之父」，他的卓越工作是牛頓經典力學體系的基礎。

赫歇爾的銀河系

赫歇爾最擅長的事情就是親自動手製造望遠鏡，可不像各位想像的那樣買鏡片自己組裝，他是自己磨製反射鏡，再磨平面鏡，再整體組裝成望遠鏡！發現天王星的望遠鏡就是他自己磨製的。實在佩服這樣的動手型天文學家，當然發現天王星是他天文事業從業餘轉向專業的關鍵點，從此他獲得了官方支持，也以更大的熱情投入到了天文觀測事業，他終身未嫁的親妹妹卡羅琳·赫歇爾則是赫歇爾得力的觀測助手！

下圖是赫歇爾歷經數年觀測117600顆恆星的位置後繪製的銀河系，當然還請各位不要笑話，這和現代銀河系大相逕庭，赫歇爾認為銀河系大約有1億顆恆星，銀河系的尺度大約有7500光年，厚度約1300光年，並且他錯誤的認為地球在銀河系中心。

我們不能否認赫歇爾天文觀測成績，因為在他以後100年內在沒有比他更了解銀河系，但他恆星測距方式有誤，因為赫歇爾是觀測恆星亮度的方式來判斷距離，這個依據是恆星都是相同質量與發展階段得出的比較結果，但事實上銀河系中的恆星大小，質量與發展階段都不一樣，所以赫歇爾的記錄幾近廢物？

當然不是，他準確記錄了恆星的位置和當時恆星的亮度，現代觀測中可以以此為依據，對比數百年來恆星發展是否有變化，是否有自行等等，所以即使就算這份資料無法參考銀河系的大小與結構，但它依然是最為詳盡的銀河系恆星位置與亮度觀測資料。

現代天文認識銀河系的過程

在我們真正認識銀河系之前，早已有哲學家提出過銀河系是一個漩渦狀的星系，但苦於沒有證據，只能說是一個思想火花，儘管它可能是對的，但也僅具指導意義！

  • 卡普坦的銀河系

從1906年起，荷蘭天文學家卡普坦用了約十幾年時間測定了恆星的位置，建立了宇宙島模型，他認為銀河系是透鏡狀的，直徑約為55000光年，厚度約為11000光年，太陽位於中心附近。由於他測定恆星光度時未考慮星際塵埃的消光影響，所以他取得的數據大約只有後來認識到的銀河系一半大小，但這已經是有史以來最精確的銀河系模型了。

  • 沙普利的銀河系

從1918年起，美國天文學家沙普利用威爾遜天文臺2.5米口徑的望遠鏡，觀測了大約100個球狀星團，根據這些星團的位置分布關係，沙普利認為銀河系是一個透鏡狀星系，地球不在銀河系中心，並且計算出地球距離銀河系中心大約5萬光年的位置（後改為3萬光年）。

  • 哈勃的仙女星系

我們說銀河系，跟仙女星系有啥關係？因為哈勃在1923年測定出仙女星系至少距離地球約100萬光年，因此這是第一個被正式認定的河外星系，這意義非凡，因為第一次有了「鏡子」，我們可以清楚的看到仙女星系的漩渦結構，以此類推，銀河系是不是也像仙女星系那樣是一個旋渦星系呢？

  • 射電望遠鏡發現銀河系懸臂

由於光學望遠鏡的局限（銀盤面上塵埃與恆星的遮擋），一直都認為銀河系是個透鏡狀星系，但隨著射電望遠鏡技術的發展，對於銀河系的認識馬上就改觀了，1951年，天文學家就發現了銀河系至少有3條旋臂，隨後則發現了更多的旋臂，但根據「斯必澤」望遠鏡的觀測，銀河系有兩條主要旋臂，分別為：盾牌-半人馬臂和英仙臂，其他都是從主要旋臂上產生的支臂！

直到2004年才發現銀河系是一個棒旋星系

  • LAMOST望遠鏡下的銀河系

其實這就是我們熟悉的郭守敬望遠鏡，這是一臺視場為5度的超廣角反射式施密特望遠鏡，在焦平面上放置的不是CCD，而是4000根光纖，它的目的是取得恆星的光譜，所以它是全世界恆星光譜去得效率最高的望遠鏡。

LAMOST觀測發現，銀河系在它預計5萬光年邊緣，恆星數量並沒有如意料中的突然減少，而是緩慢的減少，有支臂的邊緣甚至都延伸到了6.2萬光年的位置，而根據恆星稀疏規模比對，甚至銀河系的半徑將要擴大到10萬光年，這比早先估計只有仙女星系(半徑11萬光年)一半直徑擴大了不少，甚至和仙女星系不相上下！

另外伊巴谷衛星和蓋亞衛星的銀河系3D建模計劃可不要遺漏了，兩顆衛星的其中一個科學任務就是儘可能測定更多的銀河系恆星位置，建立起一個銀河系的3D結構模型，蓋亞的最新一批數據將在2022年公布，到那時我們將會認識一個更精確的銀河系。

最後別忘記了，銀河系一直都在吞噬其周圍的矮星系，所以銀河系還在成長，早先有資料表明大小麥哲倫星系會被吞噬，但最新的模型表明它們將會限於仙女星系合併，然後再一起和銀河系合併。

銀河系的中心是什麼？

我們現在知道，銀河系中心是一個年老恆星組成的核球，大致呈棒狀，兩條主要旋臂從兩端伸出，環繞整個銀河系，而在核球中心則是一個質量高達太陽400萬倍的黑洞，在我們地球上看來，它位於人馬座，因此這個黑洞被稱為Sgr A*黑洞！

我們是根據它吞噬物質發出的X射線才獲知到這個黑洞的存在，而後續的環繞整個看不見的實體公轉的恆星軌跡則準確的測出了它的質量。

當然僅憑400萬倍太陽質量的黑洞是HOLD不住整個銀河系的，整個核球以及銀河系眾多恆星都將與黑洞一起成為引力的提供者，不過各位可千萬不要忘記了還有那看不見的暗物質也在骨架上起到銀河系定心錨的作用！

相關焦點

  • 銀河系旋臂有多長:可能環繞整個銀河系
    事實上，直到1852年，天文學家史蒂芬·亞歷山大(Stephen Alexander)才第一次提出銀河系可能是渦旋形的。從那時候開始，隨著時間推移，越來越多的發現不斷修正著我們對銀河系的認識。　　幾十年來，天文學家一直認為銀河系具有4條旋臂。旋臂由無數的恆星和正在形成恆星的氣體組成，以螺旋形向外延伸。
  • 銀河系旋臂是如何形成的?
    銀河系今天的模樣不是第就變成的，而是經過上百億年的演化，才有今天的模樣，那麼銀河系的早期可能不是螺旋星系，或者說旋臂的數量沒有這麼多，筆者的猜測當然是沒有根據的，因為全世界的天文學家都不知道銀河系之前是什麼模樣。
  • 中美科學家繪出迄今最精確銀河繫結構圖:4條旋臂的棒旋星系
    中美科學家繪出迄今最精確銀河繫結構圖：4條旋臂的棒旋星系 科技日報南京4月21日電 銀河系直徑約為10萬至18萬光年，太陽系離銀河系中心很遠，且位置接近銀道面，因此我們所看到的旋臂都重疊投影在天球上而無法分辨。
  • 銀河系是什麼形狀?旋臂勻稱美麗
    該團隊用甚長基線幹涉技術精確測量位於銀盤上近200個大質量恆星形成區的自行和距離，得到銀河系旋臂的結構、太陽系的位置以及它繞銀河系中心旋轉的速度，繪製出尺度為10萬×10萬光年的全新銀河繫結構圖。該圖是迄今最精確的銀河繫結構圖，它清晰地展示銀河系是一個具有四條旋臂的棒旋星系，徹底解決了銀河系究竟有幾條旋臂這個天文學中長期懸而未決的重大科學問題。
  • 探索:太陽系究竟位於銀河系旋臂結構何處?
    很多人知道銀河系是個螺旋星系，但是我們究竟位於這個廣袤的旋臂結構的哪個位置呢據國外媒體報導，眾所周知我們生活在螺旋星系銀河系內，事實上銀河系是一個棒旋星系，這意味著我們的星系可能有兩個主要的旋臂，加上一個中央條狀物，而後者天文學家知之甚少。但是在這樣廣袤的旋臂結構裡，我們的太陽系究竟位於哪裡呢？銀河系大約10萬光年寬，我們距離銀河系中央大約2.5萬光年，似乎我們並不位於銀河系兩個主要的旋臂內，而是位於銀河系內一個小旋臂內。
  • 圖解銀河系的各大旋臂
    如果你看過銀河系的圖片，你肯定會注意到它有一個螺旋結構。
  • 最新發現銀河系本地旋臂長度可達2萬光年:四倍於預想尺寸
    北京時間11月3日消息，據國外媒體報導，銀河系是一個圓盤形狀的棒旋星系，由其中心伸出四個由恆星、塵埃和氣體組成的主要旋臂，太陽系就位於其中一個名為「本地旋臂
  • 銀河系旋臂結構最新研究成果受到國際廣泛關注
    2013年6月3日，第222屆美國天文學會在印第安納舉行，會上有關銀河系旋臂結構的最新研究成果引起了天文學界和眾多媒體的矚目，其中最重要的變化是關於本地臂的形態。本地臂從銀河系旋臂的一個短小的鼓包（spur），上升到可能是主臂的一個分支或者本身就是一個類似主臂的結構。它極大地改變了人類對自己所處的銀河系環境的認識。
  • 銀河系有四條旋臂,沒有疑問了
    銀河系圖片銀河系最新照片出爐，也是迄今為止最為精確的銀河繫結構圖，這張圖清晰的向我們展示了銀河系是一個具有四條旋臂的棒旋星系。這是美國科學院和德國馬普天文研究所歷時15年，對銀河系的研究成果。他們繪製了一張十萬光年乘十萬光年的銀河系地圖。銀河系的直徑是十萬到十八萬光年左右，我們所處的太陽系距銀河系中心很遠，位置接近於銀道面(銀道面：銀河系的主要質量形成的盤狀平面)，我們所觀測到的銀河系旋臂都是重疊的。這張圖結束了長期以來對銀河系有幾條旋臂的問題。
  • 4條旋臂 迄今最精確銀河繫結構圖「出鍋」了
    記者23日從南京大學獲悉，由中美德三國天文學家領導的國際團隊歷經15年研究，繪製出目前最精確的銀河繫結構圖，明確銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。近日，《科學美國人》發表了由南京大學天文與空間科學學院鄭興武教授與美國哈佛-史密森天體物理中心天文學家、美國科學院院士馬克·裡德撰寫的封面文章《銀河系新視野》，總結了二人同德國馬普射電天文研究所卡爾·門滕教授領導的國際團隊15年來的研究成果。
  • 銀河系確有4條旋臂
    科學家繪製出的銀河繫結構圖。新華社發    據新華社南京4月23日電 記者23日從南京大學獲悉，由中美德三國天文學家領導的國際團隊歷經15年研究，繪製出目前最精確的銀河繫結構圖，明確銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。
  • 銀河系大了100倍!圍繞銀河中心4旋臂,並非實體,只是波峰跡線
    根據人類連觀測帶猜測的想像，銀河系有4條旋臂：英仙座旋臂，獵戶座旋臂，人馬座旋臂，3000秒差距旋臂。》宛如風車形狀的美麗星系，那些彎曲的旋臂，並非實體，只是密度波波峰的軌跡線。銀河系的四大旋臂，緊緊圍繞著中心大黑洞，就仿佛中心大黑洞是一根軸，而這些旋臂像是風車上的風扇頁。
  • 研究發現在氣體雲附近會形成可能成為銀河系旋臂的巨型結構
    天文學家發現了太空中正在形成星體的區域實際上似乎形成一個8800光年長的包含三百萬個太陽質量的氣體的起伏的波形結構可能組成銀河系的局部旋臂。但是無論如何尋找破綻，這些發現還是坐實了。考慮到這個結構的大小和形狀，研究小組有理由相信他們只是拼湊了銀河系局部旋臂的一部分。「美麗的螺旋[在其他星系中]是由片段組成的，」阿爾維斯告訴吉茲莫多。他懷疑他的團隊已經發現了這樣的一個片段。「我們和它這麼近，之前都沒有意識到」。
  • 中科院紫臺專家揭示 銀河系「外旋臂」秘密
    記者23日獲悉，中科院紫金山天文臺「銀河畫卷」巡天研究團組利用青海觀測站13.7m毫米波望遠鏡，首次比較完整地揭示了位於銀河系第二象限處的「外旋臂」分子氣體結構。該成果對研究銀河系的形成等大有裨益，將在美國《天體物理學雜誌增刊》上發表。假如給我們所在的銀河系畫一幅「肖像」，可以看到它是有一個旋渦結構的旋渦星系，由1個銀心和2條或者4條旋臂構成。這些旋臂，就像銀河系的手臂一樣，層層環繞在銀心的外側。「外旋臂」是銀河系的一條主旋臂，在銀道坐標系的第二象限處，大約距離我們1.6萬-2.3萬光年。
  • 銀河系的銀盤是棒旋兩端的噴射流與銀心的旋轉形成的嗎?
    有證據表明，旋臂是星際氣體集結的場所，因而對星際氣體的探測就能顯示出旋臂結構，而星際氣體的21釐米射電譜線不受星際塵埃阻擋，幾乎可達整個銀河系。光學與射電觀測結果都表明，銀盤確實具有旋渦結構。除了1000秒差距範圍內的銀核繞銀心作剛體轉動外，銀盤的其他部分都繞銀心作較差轉動，即離銀心越遠轉得越慢。銀盤中的物質主要以恆星形式存在，佔銀河系總質量不到10%的星際物質，絕大部分也散布在銀盤內。
  • 銀河系的結構,核心是巨大的黑洞,四條巨大的旋臂圍繞銀心旋轉
    總星系是有星系來組成的，包括銀河系和河外星系，目前人類已經發現的星係數量超過1000億個以上。銀河系的結構我們地球所在的銀河系就是眾多星系中的一員，而且是普普通通的一員，在眾多星系中銀河系的個頭一般，直徑大約為16萬光年，包含了大約1000至4000億顆恆星。
  • 科學家繪出迄今最精確銀河繫結構圖 四條旋臂星系
    21日，南京大學發布消息，著名雜誌《科學美國人》近日刊登了由美國科學院院士M·裡德和該校天文與空間科學學院鄭興武教授聯合撰寫的封面文章，總結了由他們及德國馬普射電天文研究所K·門滕教授所領導的國際團隊歷經15年對銀河繫結構的研究成果。
  • 星系旋臂的存在證明星球有旋渦力？
    星系旋臂的存在證明星球有旋渦力？文/袁玉剛 圖/來自網際網路宇宙中80%以上的星系屬於旋渦星系。旋渦星系優雅的旋臂令人心曠神怡。有的星系有一個旋臂，更多的星系有兩個旋臂，銀河系有四個旋臂。前兩個是大旋臂。太陽系位於人馬—船底臂的獵戶支臂上。這四條旋臂為什麼沒有收縮到銀河系中心去呢？按照「萬有」引力思想，銀河系中心黑洞「萬有」引力非常巨大，如此多的星球又互相吸引，根本形成不了旋臂。即使形成了旋臂，也會很快旋緊。旋臂是無法存在的。但事實勝過雄辯。銀河系四條旋臂在太空優雅地舒展了幾十億年。「萬有」引力也無可奈何。銀河係為什麼會存在四條旋臂呢？
  • 地球所在的銀河系 「本地旋臂」長度超乎想像
    據《每日電訊報》報導，科學家發現，地球所屬的銀河系「本地旋臂」，可能比之前預想的要大得多。銀河系的形狀像一個平滑的圓盤，在這個「圓盤」的內部，恆星又構成了四條主要的旋臂，而塵埃和氣體不斷從「圓盤」中心噴出。太陽系所在的獵戶座旋臂是一個較小的旋臂，有時也被稱為「本地旋臂（Local Arm）」。
  • 銀河繫到底長什麼樣?國際團隊首次畫出主旋臂
    但迄今為止，我們對銀河系的了解並不完全。而從太陽系很難給銀河系畫像，因為太陽系位於銀河系的盤面上，處於銀河系的一條旋臂——獵戶座旋臂之中，離銀河系中心大概有28000光年。我們觀測銀河系遠側的努力會受到渺遠的距離和星際間塵埃與氣體的阻礙，讓我們的視野模糊，尤其是我們想要穿越銀河系中心的重重迷霧時。