银河系有多大?探究银河系的最终奥秘

  我们置身于银河系的系之中,就好比一粒尘埃,不知寰宇之大小。敢问银河什么样?一般人都知道银河像是两个扣在一起的盘子,侧面很薄,正面是个盘状的漩涡。可是你有没有想过,我们身在银河中,又是如何知道银河系的样子的?问银河系到底有多大?估计大多数人都会摇头说不知。

  横看成岭侧成峰,远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。

  这首名诗说明了身在其中的人难以总览事物全貌的尴尬,真是真知灼见,太形象了!从古至今,人类都想知道天地什么样,但古人只能站在上观察地球,那怎么可能看出地球的真面貌呢?把圆地球看成是一片平地,于是古人认为天圆地方。

  如今无法跳出银河系的我们面临着同样的问题,我们银河系又是什么样子的?这个问题,恐怕身在其中的我们无法回答吧。用合适的望远镜,我们只能看到银河系的侧面什么样。可如今,科学家说:银河系是个盘状的漩涡,那么科学家是如何知道的?

  我们知道地球是球形的,因为跳出地球的卫星可以为我们拍到地球的照片。可是到现在,人类的探测器也才刚刚跨越太阳系边缘,人类自己都不敢想何时才能跳出银河系。那么银河系的面容图到底是怎么来的呢?

  这些疑问确实点到了实处。有关银河系的全貌图不是望远镜看到、拍到的,而是科学家画出来的,也就是说,银河系的样子是科学家推测出来的。

银河系

  那么,科学家的推测有没有道理呢?其实在我们还没有跳出地球的时候,人类就已经通过测量数据和航海经验,推测出地球应该是球形的。待人类造的卫星跳出地球大气层之后,拍摄到的地球真面容确实是球形的,证明了之前的推测。由此可见,虽然我们现在无法跳出银河系来看银河系的全貌,但根据已掌握的资料,也可以对银河系的样子作一些推测。

  现在,就让我们跟着科学家的思路,来推测银河系的面容吧。

  银河系有多大?

  银河系比普通的星系稍微大一些,直径大约为十万光年。银河系中至少有2000亿颗星。其中,大约400亿颗星集中在中央的核球(Bulge)上,四周缠绕着四只旋臂,由气体和尘埃物质混杂的区域。核球的直径为3000光年,呈椭球形,由年龄超过100亿年的老年星球构成。银河系的历史已经有150亿光年

  银河系侧面像个凸透镜

  首先,我们通过望远镜的观察,很容易推测出银河系的侧面模样。

银河系有多大?

  不过站在地球上,我们只能看到天空有一条银色的飘带,由于被大地挡住了视线,这并不是银河系的整个侧面,银河侧面完整的景象是望远镜升入太空后才观察到的,那景象十分壮观:整个天空就像一个大圆球包围着我们,一条扁平细长的银色条带环绕整个天空,这道银河把圆球形的天空一分两半,每一半都是个半球!这容易理解,我们身在河中,就会看到四周都被河环绕。假如我们到了岸边,就不是这景象了,就只会看到河是我们身旁的一条飘带,我们的另一侧就没有飘带环绕了。

  由此可知,银河系侧面是扁平的,根据这条带中间有些鼓的情况,可以推测,银河系的侧面应该是扁平而中间鼓凸的形象,很像一个凸透镜的侧面。

  椭圆?漩涡?还是透镜?

  仅仅知道银河系的侧面是凸透镜形状,还只是很粗浅的认识。

  我们观察其他的星系会发现,有的是椭圆形状的,叫做椭圆星系,椭圆星系的侧面一般还是椭圆形,就像一枚鸭蛋一样,侧面从哪个方向看都是椭圆形,而银河系侧面是扁平的,因此银河系应该不是椭圆星系。

  有的星系是漩涡形状的,叫做漩涡星系,漩涡星系的侧面就像个凸透镜,扁平而中间鼓凸,与银河系的侧面一样,由此,科学家猜测,银河系很可能是漩涡星系。

  但是侧面具有这种形象的星系还有其他情况,例如透镜星系,整个星系看上去就像个凸透镜,侧面也是扁平而中间鼓凸,但正面却像椭圆星系,是个圆盘或椭圆,看不出有旋臂。除了透镜星系,还有一些的星系,侧面也与银河系相似,但也不是漩涡星系,例如圆环星系,其正面则是一个大圆环环绕着中心的圆亮斑。但罕见星系太稀少了,因此科学家认为,银河系即使不是漩涡星系,也是透镜星系,不太可能是罕见星系。

  另外,有很多漩涡星系或透镜星系的中心还有个两头稍尖的棒子,银河系的中心会不会也有根棒子呢?虽然关于星系中心的棒子,科学家不知道是怎么形成的,但是星系中心的棒子却很常见。

  看来,要确定银河系到底是漩涡还是透镜,主要是看有没有旋臂。

密集的地方。科学家早就发现,恒星密集的地方往往也是气体云密集的地方,通过探测其他星系,科学家观察到的漩涡星系的旋臂与那个星系的氢气体云的分布图差不多,漩涡星系的旋臂所在之处也是气体云集中的地方。那么如果探测出银河系的氢气体云分布,不就可以知道银河系中恒星的分布情况了吗?不就可以知道银河系有没有旋臂了吗?

  那么,如何探测银河系的氢气体云呢?

  氢会在较高的温度下发射一种波长为21厘米的光波,这是因为氢原子电子自转方向变化时,从与原子核自转同向,变成与原子核自转反向后,就会释放出波长为21厘米的红外光。只有氢原子会放出这种波长的光,因此,通过这种光,就可以看到氢气体云。

  但是这样,望远镜也只能看到氢气体云在侧面的分布情况,无法看到它在银河盘面上分布的情况。

  科学家自有办法。因为银河盘在自转,盘面上不同部位的氢气体云转动情况,在地球上看来,方向和速度肯定不同,物理学上有个多普勒效应,说的是一种波的波长会因为波源与观察者之间的相对运动而改变。那么根据氢气体云中波长的变化情况,科学家可以测出所观察到的氢气体云相对于地球运动的速度和方向。就像我们站在一个转动的转盘上时,转盘上不同部位的物体的运动速度和方向相对于我们都不同。反过来,通过不同物体的不同速度,我们也可以推测出转盘上的物体位于转盘的什么位置,但前提需要知道人站在转盘上的位置。

如何探测银河系的氢气体云

  因此,要想通过氢气体云的速度和方向推测出它们在银河盘上的位置,还需要知道地球在银河盘上的位置。

  银河系盘面上哪一点是我们?

银河系盘面上哪一点是我们

  根据银河飘带把天空分为两个半球,我们首先可以知道,地球和太阳系位于银河盘面内,而不是在银河盘面的上方或下方。因为如果地球在银河盘面的上方或下方的话,望远镜看到的银河应该是椭圆形的,也不会正好把天空分为相等的两半了,银河会偏向一侧,两侧的天空不一样大。

  这容易理解,就像我们看一个盘子,如果从侧面去看,看到的是扁平的截面,但是若在盘子的上方或下方看的话,看到的是椭圆。在正上方看的话就是个圆了。银河系也是这样,我们若在银河系上方看,就会看到下面的天空被银河系挡住了,而上面的天空又一览无余,或者是下面的天空大部分被银河系挡住了,所以我们应该在银河系的盘里面。