銀河系有多大?這不是我們經(jīng)常能看到的么?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里流淌的到底是什么?
當(dāng)伽利略將望遠(yuǎn)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(dāng)然伽利略的望遠(yuǎn)鏡還僅僅只能解析銀河系中比較亮的恒星,但人類終于發(fā)現(xiàn),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(shù)星星的組合!
當(dāng)然伽利略最偉大的發(fā)現(xiàn)并不是發(fā)現(xiàn)銀河是無數(shù)恒星的組合,而是建立起了一個系統(tǒng)實驗來驗證理論,具有嚴(yán)謹(jǐn)邏輯的近代科學(xué)體系,伽利略被稱為“近代科學(xué)之父”,他的卓越工作是牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的基礎(chǔ)。
赫歇爾最擅長的事情就是親自動手制造望遠(yuǎn)鏡,可不像各位想象的那樣買鏡片自己組裝,他是自己磨制反射鏡,再磨平面鏡,再整體組裝成望遠(yuǎn)鏡!發(fā)現(xiàn)天王星的望遠(yuǎn)鏡就是他自己磨制的。實在佩服這樣的動手型天文學(xué)家,當(dāng)然發(fā)現(xiàn)天王星是他天文事業(yè)從業(yè)余轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)的關(guān)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(yè),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(jīng)數(shù)年觀測117600顆恒星的位置后繪制的銀河系,當(dāng)然還請各位不要笑話,這和現(xiàn)代銀河系大相徑庭,赫歇爾認(rèn)為銀河系大約有1億顆恒星,銀河系的尺度大約有7500光年,厚度約1300光年,并且他錯誤的認(rèn)為地球在銀河系中心。
我們不能否認(rèn)赫歇爾天文觀測成績,因為在他以后100年內(nèi)在沒有比他更了解銀河系,但他恒星測距方式有誤,因為赫歇爾是觀測恒星亮度的方式來判斷距離,這個依據(jù)是恒星都是相同質(zhì)量與發(fā)展階段得出的比較結(jié)果,但事實上銀河系中的恒星大小,質(zhì)量與發(fā)展階段都不一樣,所以赫歇爾的記錄幾近廢物?
當(dāng)然不是,他準(zhǔn)確記錄了恒星的位置和當(dāng)時恒星的亮度,現(xiàn)代觀測中可以以此為依據(jù),對比數(shù)百年來恒星發(fā)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(jié)構(gòu),但它依然是最為詳盡的銀河系恒星位置與亮度觀測資料。
在我們真正認(rèn)識銀河系之前,早已有哲學(xué)家提出過銀河系是一個漩渦狀的星系,但苦于沒有證據(jù),只能說是一個思想火花,盡管它可能是對的,但也僅具指導(dǎo)意義!
卡普坦的銀河系
從1906年起,荷蘭天文學(xué)家卡普坦用了約十幾年時間測定了恒星的位置,建立了宇宙島模型,他認(rèn)為銀河系是透鏡狀的,直徑約為55000光年,厚度約為11000光年,太陽位于中心附近。由于他測定恒星光度時未考慮星際塵埃的消光影響,所以他取得的數(shù)據(jù)大約只有后來認(rèn)識到的銀河系一半大小,但這已經(jīng)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(xué)家沙普利用威爾遜天文臺2.5米口徑的望遠(yuǎn)鏡,觀測了大約100個球狀星團(tuán),根據(jù)這些星團(tuán)的位置分布關(guān)系,沙普利認(rèn)為銀河系是一個透鏡狀星系,地球不在銀河系中心,并且計算出地球距離銀河系中心大約5萬光年的位置(后改為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(guān)系?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(rèn)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(jié)構(gòu),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(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)銀河系懸臂
由于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的局限(銀盤面上塵埃與恒星的遮擋),一直都認(rèn)為銀河系是個透鏡狀星系,但隨著射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展,對于銀河系的認(rèn)識馬上就改觀了,1951年,天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了銀河系至少有3條旋臂,隨后則發(fā)現(xiàn)了更多的旋臂,但根據(jù)“斯必澤”望遠(yuǎn)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(chǎn)生的支臂!
直到2004年才發(fā)現(xiàn)銀河系是一個棒旋星系
LAMOST望遠(yuǎn)鏡下的銀河系
其實這就是我們熟悉的郭守敬望遠(yuǎn)鏡,這是一臺視場為5度的超廣角反射式施密特望遠(yuǎn)鏡,在焦平面上放置的不是CCD,而是4000根光纖,它的目的是取得恒星的光譜,所以它是全世界恒星光譜去得效率最高的望遠(yuǎn)鏡。
LAMOST觀測發(fā)現(xiàn),銀河系在它預(yù)計5萬光年邊緣,恒星數(shù)量并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(jù)恒星稀疏規(guī)模比對,甚至銀河系的半徑將要擴(kuò)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(kuò)大了不少,甚至和仙女星系不相上下!
另外伊巴谷衛(wèi)星和蓋亞衛(wèi)星的銀河系3D建模計劃可不要遺漏了,兩顆衛(wèi)星的其中一個科學(xué)任務(wù)就是盡可能測定更多的銀河系恒星位置,建立起一個銀河系的3D結(jié)構(gòu)模型,蓋亞的最新一批數(shù)據(jù)將在2022年公布,到那時我們將會認(rèn)識一個更精確的銀河系。
最后別忘記了,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于仙女星系合并,然后再一起和銀河系合并。
我們現(xiàn)在知道,銀河系中心是一個年老恒星組成的核球,大致呈棒狀,兩條主要旋臂從兩端伸出,環(huán)繞整個銀河系,而在核球中心則是一個質(zhì)量高達(dá)太陽400萬倍的黑洞,在我們地球上看來,它位于人馬座,因此這個黑洞被稱為Sgr A*黑洞!
我們是根據(jù)它吞噬物質(zhì)發(fā)出的X射線才獲知到這個黑洞的存在,而后續(xù)的環(huán)繞整個看不見的實體公轉(zhuǎn)的恒星軌跡則準(zhǔn)確的測出了它的質(zhì)量。
當(dāng)然僅憑400萬倍太陽質(zhì)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恒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(zhì)也在骨架上起到銀河系定心錨的作用!