人類處在銀河系內,如何知道銀河系的大小、形狀和結構?

2021-02-08 李論科學

不識廬山真面目,只緣身在此山中。——蘇軾

但是想知道銀河系的形狀,跟看一座山還是稍微有點區別的!因為山需要俯視,而銀河系就在我們頭頂,我們只需要仰望它,或者仰望其他星系。在地球上我們只需要完全黑暗的夜空和一雙敏銳的眼睛,就能看到橫跨天空的整條銀河系暗帶,這至少說明了銀河系不是球形的。

那麼我們為什麼很難獲取銀河系樣貌的信息

想要了解銀河系的大小和規模,確實很困難!從很多方面來說,我們了解位於數十億光年之外的星系比了解銀河系要容易得多!這是為什麼呢?因為,如果我們不去照鏡子,不看自己的影子,我們永遠不會看見自己眼睛的顏色(除非有人告訴我們),同樣的道理,我們無法從銀河系內部清楚地看到銀河系!(除非有「小綠人」告訴我們,銀河系長什麼樣!小綠人是外星人)

假如把你困在一棟樓房裡,你想知道這棟樓房的整體結構、形狀和大小,怎麼辦?唯一的辦法就是逐個房間、通道、樓梯進行仔細地測量,慢慢地整體結構就會出現在你地圖紙上,這個過程可能會耗時幾個月,但是對於樓外地人呢?一眼就能看出了整棟樓的樣子。

我們如何確定銀河系的大小和結構

我們身處在銀河系中能做的最好的、唯一的事情就是在銀河系的內部在不同波段的光線下進行仔細的測量,繪製出恆星、脈衝星和氣體雲的位置,並嘗試構建出銀河系在「小綠人」眼中的樣子。這個過程也一樣極其緩慢,但是我們也確定了銀河系的一些最基本的屬性,例如:銀心、銀盤、懸臂和大小。但這些信息對於銀河系之外的任何人來說一眼就能看出來。而且我們就算知道了這些信息,還是不知道銀河系的整體樣貌。

這裡我們就能想到,別人可以看銀河系,那麼我們也可以看其他星系,這就叫照貓畫虎!

上圖中的星系NGC6744距離我們2900萬光年通常被認為是銀河系的孿生兄弟,這其中有很多原因。和銀河系一樣,在NGC6744星系有著絮結的(蓬鬆的)旋臂和細長的核心,使它成為一個絮狀漩渦星系。有很深的塵埃帶(看起來很暗)和一些強烈的恆星形成區域(粉紅色),還有一個被主星系扭曲、正在吞噬的小型的衛星星系(如左上方的NGC6744A)。

NGC 6744星系的直徑大約是銀河系的兩倍,而且正面朝向我們,因此我們能看到更多關於星系懸臂的細節!除了大小以外,簡直就是銀河系的翻版。所有這一切信息,我們只需要一臺望遠鏡看一眼就知道了。這就是我們知道銀河系大小和結構的方法。不僅是NGC 6744,宇宙中還有很多星系與銀河系有一些相似之處。

這些星系中的大多數不是正面朝向我們的;像上圖中的NGC2841一樣,和我們的視角有一個傾斜的角度。下圖中美麗的NGC4565,完全是側面朝向我們,距離我們將近4000萬光年!這也是我們銀河系側面的樣子!

那麼銀河系的圓盤有多厚呢?

我們知道銀河系的直徑有10萬光年,但是銀河系的圓盤有多厚呢?中心區域和NGC 4565一樣有球狀凸起,但是圓盤的大部分,比如太陽系所在的位置有一個大致均勻的厚度。那麼厚度是多少呢?

這個問題即使在今天的科學家中也有爭議。有爭議的原因是:得到不同的答案取決於你測量方法的不同。例如:想知道行星盤有多厚,我們可以測量恆星的密度。

恆星的密度

觀察太陽系附近的恆星密度,銀河系圓盤和中心的恆星密度。我們發現,在銀河系平面中心恆星密度最大,約為300秒差距(1000光年),但在任何方向上仍然有大量的恆星,約為900至1000秒差距(更接近3000光年),這給了我們星系盤厚度的估計值6000光年。

如果是這樣的話,銀河系的規模就像是6張DVD碟片疊在一起的樣子。但是如果我們不測量恆星,而是測量星系中的電離氣體呢?

電離氣體厚度

布萊恩·詹茲勒(BryanGaensler)領導的團隊在2008年就做過這樣的研究,他們觀察了一組不同距離和不同星系緯度的脈衝星。科學家想要做的是確定在這些脈衝星和我們之間有多少中間氣體,從而確定氣體的範圍和分布情況。

令人驚訝的是科學家發現電離氣體的厚度是星系中恆星厚度的兩倍。也就是說銀河系的厚度在6000至12000光年之間,這是根據恆星和電離氣體分別測出的下限和上限值。這就是我們銀河系圓盤的厚度。

雖然我們生活在我們的星系中,整天看著天空,但銀河系仍然是我們最不了解的星系之一。這就是我們如何知道銀河系形狀和大小的方法,

相關焦點

  • 不離開銀河系,怎麼知道銀河系的形狀?看完之後恍然大悟
    我們都知道,中國古人認為夜空中那一條明亮的銀河是神界的天河,所以才有了這個名字;希臘人更加浪漫,認為那是一條流淌著牛奶的路,所以稱之為Milky Way。這,就是人類對於銀河形狀的最初認識。(圖片說明:赫歇爾繪製的銀河系形狀圖)看得出來,這根本就看不出來是銀河系……赫歇爾的錯誤是不可避免的,因為當時的技術非常有限。而且,人類對於宇宙和銀河系的認知還不完整。
  • 從未離開過太陽系,人類是如何知道銀河系的全貌和位置的?
    人類自科技發展以來,致力於探索宇宙,對宇宙科學家們也是有很多不同的理論,但是唯一他們共同認為的是,宇宙當中存在著無數的星系跟天體,目前我們人類能夠觀測到的範圍也是非常的有限,銀河系是一個直徑長達16萬光年的恆星系統,太陽系就位於一條獵戶臂的懸臂中,距離銀河系中心大約為2.6萬光年。
  • 銀河系內的我們是怎麼知道銀河系模樣的呢?
    我們的太陽系繞銀河系中心黑洞公轉一圈需要2.2億年左右,由於人類目前的宇航速度還在光速的千分之一附近徘徊,所以飛出銀河系是絕不可能的。而地球夜空中的那條銀河雖然只是銀河系的一小部分,但它嚴重阻礙了天文學家對銀河系的觀測,看到這裡很多人不禁要問,既然目前飛不出銀河系,銀河又遮擋了視野,那如今新的銀河系全景圖是怎麼來的呢?
  • 太陽在銀河系處在什麼位置人類是一粒灰塵嗎
    我們人類所居住的太陽系範圍有多大?我們腳下的地球處在什麼位置?只有展現太陽系的全景圖,我們才會有一個大概的了解。美國1977年發射兩顆探索者探測器一號二號,已經飛行了43年,距離太陽大約200億公裡的位置,大約是130個天文單位,也就是所說的日球層之外的柯依伯帶內,在這裡太陽的引力和輻射已經減弱,也及其寒冷。上圖中奧特爾雲的邊際標明的數字是10萬個天文單位,是指柯依伯帶的邊際到奧特爾雲的外邊際。我簡單的畫了一個草圖,可以更直觀的了解已知的太陽系的全貌。
  • 直徑十幾萬光年的銀河系,銀河系在宇宙中到底處在一個什麼位置呢
    經過長期的探索和研究,我們已經知道了宇宙是由許許多多星系組成的,銀河系就是無數星系中的一個。人類最新所掌握的銀河系直徑大約為15萬光年,包含2000到4000億顆恆星,以及數之不盡的其它天體,用星辰大海來形容再切帖不過了。
  • 從內部來確定銀河系的結構是一項挑戰,我們是如何做到的?
    他就是天王星的發現者、也是第一個開始研究銀河繫結構的人:威廉·赫歇爾(William Herschel)。通過大量的恆星觀測數據,赫歇爾勾畫出了這些恆星組成的空間結構,大致成一個圓盤形狀,其直徑大約是其厚度的5倍,這就是人類對銀河系最早的科學觀測結論。
  • 我們如何知道宇宙的形狀和大小?
    如果我們按照這張照片的曲率去計算地球的大小,我們會得到一個比月球還小的世界;所以我們不能從地球表面已知的任何高度和位置去觀察地球的曲率。還有,我們地球不是一個光滑的球,有些地會方向下彎曲,有些地方會向上彎曲,所以我們在地球局部地區就算觀察到了曲率,它都不能代表整個地球。以前人們去不了外太空怎麼辦,那麼在地球上還有一種方法可以知道地球的實際形狀和大小。
  • 目前為止人類仍然飛不出太陽系,那麼是銀河系全貌是如何知道的?
    人類自科技發展以來,致力於探索宇宙,對宇宙科學家們也是有很多不同的理論,但是唯一他們共同認為的是,宇宙當中存在著無數的星系跟天體,目前我們人類能夠觀測到的範圍也是非常的有限,甚至說我目前是沒有辦法走出太陽系的,那麼下面小編跟大家聊的就是目前為止人類仍然飛不出太陽系,那麼是銀河系全貌是如何知道的
  • 龐大的銀河系, 人類能否解開銀河系的真實面目呢?
    我們現在所看到的銀河系形狀是天文學家推測出來的,想要知道銀河系的真實面目,最好的方法就是飛出銀河系進行觀察,但以目前的航天技術飛出太陽系還遙不可及,更別說飛出銀河系了!經過更多的觀察和對銀河系深入的研究,得出了銀河系屬棒旋星系,同時還出推測出銀河系中心,與其它星系的中心一樣,都存在著超級黑洞,正是這個超級黑洞維持著銀河系的形狀和秩序。只是,銀盤上遍布的星際塵埃,遮擋住了銀河系的中心,使我們無法直接觀測到這一壯觀的景象!
  • 地球在銀河系中,人類沒有飛出銀河系,科學家怎麼看到銀河系全貌的
    我們看到的銀河是銀河系的一部分。我們之所以稱它是「河」是因為它的形狀是帶狀的。我們在銀河系中看到銀河系呈帶狀而非圓球狀。這就說明了銀河系的呈偏平盤狀結構。但是我們在銀河中是不可能看到它的正面結構的。這時候我們可以藉助於其它星系的形狀來推測銀河系的形狀。宇宙中和銀河系類似的星系有很多。我們不在它們其中,因此我們也就能夠看到它們的全貌。例如距離地球254萬光年的仙女星系,距離地球300萬光年的三角座星系。通過對它們的觀測,我們可以推斷出銀河系正面是呈漩渦狀結構的。 因此,這樣我們就可以大體的知道銀河系的形狀了。
  • 科普:銀河系的旋臂是如何形成的,我們的太陽系也在其中
    那麼,旋臂是如何形成的,當星系第一次出現的時候,沒有螺旋臂?星系中的所有物質都以均勻的圓形運動圍繞著中心運動。氣體雲恆星發光並照亮螺旋臂,如果這些氣體逐漸耗盡,整個星系區域似乎會從藍色變為紅色,並開始失去螺旋臂的結構。這樣就能找到螺旋臂。螺旋臂的未來呢?
  • 地球在銀河系的哪裡?
    通過觀測,天文學家認識到地球、太陽以及天上的星辰幾乎都是銀河系的一部分。那麼,地球處在銀河系的什麼位置呢?銀河系的形狀為了弄清地球在銀河系中的位置,需要知道銀河系的結構是怎樣的。不過,人類發射的探測器就連太陽系都沒有飛出,更不用說飛出銀河系,所以我們無法直接觀測到銀河系的全貌。那麼,銀河系照片又是怎麼來的呢?
  • 人類對銀河系的認識有多少,飛出銀河系是不是指日可待?
    每個關注人類文明的人都想知道它的答案。人類對於銀河系的認知隨著時間的推移,人類天文觀測技術不斷升級,從當初的地面望遠鏡到後來的哈勃太空望遠鏡,人類對於銀河系的認知不斷提升。早在古希臘,大哲學家亞里斯多德就曾提出,銀河系是由許多大型精密相連熾熱氣體構成。
  • 大麥哲倫星系能看到銀河系全貌嗎?銀河系最佳觀測角度在哪裡?
    人類對宇宙的認識是從銀河開始的,但一直到不久以前,我們才真正部分認識了銀河系,因為我們本身就在銀河系內,出於位置上的局限,我們並不能窺探到銀河系的真實模樣!(一秒差距為3.2616光年),當然大家都知道這個數字誤差有點大20世紀20年代,發現銀河系自轉,認為銀河系是巨型棒旋星系,Sb形,有四條懸臂,包含了1200億顆恆星!
  • 地球在太陽系內,太陽系在銀河系內,銀河系又在哪裡?
    從遠古時代,我們人類就開觀察和思考我們所在的世界。我們在哪裡?世界是什麼樣子的?最初的時候人們認為天是圓的,大地是方的。天空就像一口圓形的大鍋扣在大地上。腳下的大地則是漂浮在無邊的大海上。再到後來人們發現天上的日月星辰總是每天從東方升起在西方落下。它們好像就是在「地下」繞了一下後又升起來了。於是人們開始思索一個問題「我們腳下的大地是不是一個圓球呢?」
  • 人類處在銀河系的貧瘠之地,是好事還是壞事?角度不同答案不同
    如果僅僅是從距離分布來看,太陽系在銀河系的確不算是非常偏遠的位置,可如果站在恆星分布的情況來看,太陽系那是真的非常偏遠。相信很多朋友都知道,銀河系中心區域是異常明亮的,之所以會是這樣情況,一個原因是因為銀河系的中心有一個超大質量黑洞,另一個原因則是銀心區域恆星的數量非常多。
  • 銀河系全貌真的是這個樣子?距離多遠才能拍到整個銀河系你知道嗎
    我們身處銀河系中,太陽系目前處在銀道面以北 大約一百光年,距離銀河系中心2.6萬光年之處。從結構上來講,銀河系是由大量的恆星和星雲 通過引力作用組合在一起。我們只要測出恆星和星雲在空間中的分布,就能推斷出銀河系的結構。
  • 太陽系都沒出去人類怎麼知道銀河系是什麼樣的
    其實都是些不直觀的方法,除非能夠跑到銀河系外拍攝到整個銀河的全貌,就像從地球上可以拍攝到整個仙女座星系全貌一樣。但人類的探測器才剛剛跑出太陽系而已,所以還差很遠。本文將為您講解觀測銀河系樣子的歷史發展。
  • 人類永遠也離不開銀河系?為啥這麼說?看看太陽系的大小你就知道
    相信大家都知道,現如今人類的科技水平已經達到了一個新的高度,我們對世界的認知也不再局限於地球,早在51年前,人類就已經登上了月球。甚至在不久的將來,遙遠的火星甚至也會出現人類的腳印。這一切都讓人覺得,似乎隨著人類科技的不斷進步,最終衝出太陽系、衝出銀河系並不會是什麼難事!
  • 【獨家·24小時 精彩回顧】破解銀河系的形狀之謎
    當人們對恆星的亮度和距離之間的關係有了正確的認識後,人們對銀河系的認識也就大不一樣了 。1918年,美國天文學家哈洛•沙普利提出,太陽並不在銀河系的中心,而是位於比較靠近銀河系邊緣的地方,銀河系的中心應該在人馬座方向。這個結論與銀河系的實際情況相一致,是人類認識銀河系的又一次重大進步。