揭秘银河系的奥秘

伤我心太深

一、研究
（1）古代探索史
    虽然从非常久远的古代，人们就认识了银河系。但是对银河系的真正认识还是从近代开始的。
1750年，英国天文学家赖特（Wright Thomas）认为银河系是扁平的。1755年，德国哲学家康德提出了恒星和银河之间可能会组成一个巨大的天体系统；随后的德国数学家郎伯特（Lambert Johann heinrich）也提出了类似的假设。到1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体，并认为太阳系位于银河的中心。

    1918年，美国天文学家沙普利（Harlow Shapley）经过4年的观测，提出太阳系应该位于银河系的边缘。1926年，瑞典天文学家林得布拉德（Lindblad Bertil）分析出银河系也在自转。

（2）近代研究
    十八世纪中叶人们已意识到，除行星、月球等太阳系天体外，满天星斗都是远方的“太阳”。赖特、康德和朗伯特最先认为，很可能是全部恒星集合成了一个空间上有限的巨大系统。

    第一个通过观测研究恒星系统本原的是F.W.赫歇耳。他用自己磨制的反射望远镜，计数了若干天区内的恒星。 1785年，他根据恒星计数的统计研究，绘制了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图。他用50 厘米和120厘米口径望远镜观测,发现望远镜贯穿本领增加时，观察到的暗星也增多，但是仍然看不到银河系的边缘。F.W.赫歇耳意识到，银河系远比他最初估计的为大。F.W.赫歇耳死后，其子J.F.赫歇耳继承父业，将恒星计数工作范围扩展到南半天。十九世纪中叶，开始测定恒星的距离，并编制全天星图。1906年，卡普坦为了重新研究恒星世界的结构,提出了“选择星区”计划,后人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与F.W.赫歇耳的类似的模型，也是一个扁平系统，太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。沙普利在完全不同的基础上，探讨银河系的大小和形状。他利用1908～1912年勒维特发现的麦哲伦云中造父变星的周光关系，测定了当时已发现有造父变星的球状星团的距离。在假设没有明显星际消光的前提下，于1918年建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。到二十年代，沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应，沙普利把银河系估计过大。到1930年，特朗普勒证实星际物质存在后，这一偏差才得到纠正。

   银河系物质约90％集中在恒星内。1905年，赫茨普龙发现恒星有巨星和矮星之分。1913年，赫罗图问世后，按照光谱型和光度两个参量，得知除主序星外，还有超巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。 1944年，巴德通过仙女星系的观测，判明恒星可划分为星族Ⅰ和星族Ⅱ两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金属的天体，分布在旋臂上，与星际物质成协。星族Ⅱ是年老而贫金属的天体，没有向银道面集聚的趋向。1957年，根据金属含量、年龄、空间分布和运动特征，进而将两个星族细分为中介星族Ⅰ、旋臂星族(极端星族Ⅰ)、盘星族、中介星族Ⅱ和晕星族（极端星族Ⅱ）。

     恒星成双、成群和成团是普遍现象。在太阳附近25 秒差距以内，以单星形式存在的恒星不到总数之半。迄今已观测到球状星团132个,银河星团1,000多个,还有为数不少的星协。据统计推论，应当有18,000个银河星团和500个球状星团。二十世纪初,巴纳德用照相观测，发现了大量的亮星云和暗星云。1904年，恒星光谱中电离钙谱线的发现，揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究，证认出星云中的气体和尘埃成分。近年来通过红外波段的探测发现在暗星云密集区有正在形成的恒星。射电天文学诞生后，利用中性氢21厘米谱线勾画出银河系旋涡结构。根据电离氢区的描绘，发现太阳附近有三条旋臂:人马臂、猎户臂和英仙臂;太阳位于猎户臂的内侧。此外，在银心方向还发现了一条3千秒差距臂。旋臂间的距离约1.6千秒差距。1963年,用射电天文方法观测到星际分子OH，这是自从1937～1941年间,在光学波段证认出星际分子CH、CN和CH+以来的重大突破。到1979年底，发现的星际分子已超过50种。

    银河系的起源这一重大课题目前还了解得很差。这不仅要研究一般星系的起源和演化，还必须研究宇宙学。按大爆炸宇宙学假说，我们观测到的全部星系都是1010年前高密态原始物质因密度发生起伏,出现引力不稳定和不断膨胀，逐步形成原星系，并演化为包括银河系在内的星系团的。而稳恒态宇宙模型假说则认为，星系是在高密态的原星系核心区连续形成的。

银河系演化的研究近年来才有一些成就。关于太阳附近老年恒星空间运动的资料表明，在原银河星云的坍缩过程中，最早诞生的是晕星族,它们的年龄是100多亿年，化学成分是氢约占73％，氦约占27％。而大部分气体物质集聚为银盘，并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代发展起来的密度波理论，很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。

二、揭开银河系的秘密

　　古人早就注意到，晴朗的夜空中横亘着一条不规则的银白色光带，这就是银河，希腊神话中把它取名为“奶路”。鉴于银河的神秘性，在各个民族中诞生了许多美丽动人的诗句和神话故事。不过在现代大都市中，由于灯光的严重污染，年轻人往往不知道银河为何物。

　　古代哲学家早就开始思考银河的本质，但由于缺乏科学依据，这种思考往往只是一些主观臆想，如亚里士多德(Aristotle，公元前384年?公元前322年)把银河看作为一种纯粹大气现象，不承认它是天上之物。第一个正确认识银河本质的当推古希腊哲学家德谟克利特(Democritus，公元前460年?公元前370年)，他天才地猜想银河由无数恒星构成，只是因为这些恒星太暗、太密而无法加以分辨，结果便表现为一条模糊的光带。德谟克利特的见解同样没有科学上的根据，因而即使在科学界，很长时间内关于银河的本质并没有形成正确的认识。

　　1608年，荷兰眼镜商人利伯希(H.Lippershey)在一次偶然的机会中发明了望远镜。这一消息为伽利略得知后，这位意大利著名科学家马上意识到望远镜的发明对天文观测的重要性，他立即亲自动手制作和改进望远镜，并随即把它用于观测天体和天象，很快做出了一系列重大的天文发现，如看到月球上的环形山、太阳黑子和木星的4颗大卫星，发现了金星的位相变化等。

　　1609年冬，伽利略用自己的望远镜对银河进行观测，发现在望远镜的视场中银河展现为无数个密密麻麻的星星。伽利略对这一发现所作的结论是，“我认识到了银河的本质和构成银河的物质。

　　长期以来困扰哲学家们的所有争论业已得到解决，我们终于可以从令人厌烦的舌战中解脱出来。银河不是别的，而是由无数颗恒星汇集而成的庞大系统。” 这样就从观测上证实了德谟克利特的见解。不过可惜的是伽利略没有就此作深入的探讨，当时别的天文学家对此也不太感兴趣。

　　伽利略之后，英国人赖特(T.Wright)于1750年指出，银河和所有的恒星构成了一个巨大的扁平圆盘状系统，这是天文学家对银河系外形的首次描述。1755年，普鲁士哲学家康德(I.Kant)更进一步就银河系的盘状结构提出了自己的观点，康德的解释是当观测者沿着盘面看时，为数众多的恒星便无法分辨，并密集成天穹上的景观——“奶路”，而在朝着盘面以外的方向观察时，所看到的就是离散分布的一些近距离亮星。不仅如此，康德和赖特一样，认为所有恒星都绕着银河系中心转动。不过在那个年代，天文学家所关心的主要是太阳系内天体，而不是范围大得多的银河系。

　　探究银河系结构的关键性实测研究是由英国天文学家、天王星发现人威廉·赫歇尔(W.Herschel)开创的。赫歇尔出生于德国，年轻时是一位音乐家。1785年，赫歇尔通过恒星计数得出，银河系中恒星分布的主要部分为一个扁平圆盘状结构。他用望远镜通过目视方法计数了117600颗恒星。老赫歇尔在这些恒星计数工作的基础上，再加上若干假设，得出了天文学史上第一个真正意义上的银河系模型。由于赫歇尔的工作，使人类的视野从太阳系扩展到银河系中的广袤恒星世界，因此他被后人誉为“恒星天文学之父”。1834年?1838年间，他的儿子约翰·赫歇尔(J.Herschel)又把工作扩展到南半球，在好望角计数了70000颗恒星。

　　照相术的发明为天文观测提供了强有力的工具，荷兰天文学家卡普坦(J.C.Kapteyn)率先利用照相方法进行恒星计数，为此他花费了大约40年的时间，并建立了自己的银河系图像。在卡普坦的图像中，银河系表现为一种由恒星组成的盘状结构，直径5.5万光年，厚度为1.1万光年，其中包含了474亿颗恒星，这已经比较接近银河系的实际情况。不过在赫歇尔和卡普坦的银河系图像中，太阳被错误地放在银河系中心或中心附近。1917年，美国天文学家沙普利(H. Shapley)证实了太阳并不在银河系中心，而是位于比较靠近银河系边缘的地方。这一结论为认识太阳在银河系中的位置，以及进一步研究银河系的结构和运动，奠定了正确的科学基础。

三、一个典型的旋涡星系
　　根据近代天文学的观测研究，银河系是一个旋涡星系，总体结构大体上由银盘、核球、银晕和暗晕4个部分组成。除暗晕外，银河系的总质量约为1.4×1011太阳质量，其中以恒星形式出现的约占90%以上，而由气体和尘埃组成的各类星际物质不超过银河系总质量的10%，星际物质密度比较高的地方便形成星际云。据估计，银河系的年龄约为100亿年或更老。

　　银盘是银河系恒星分布的主体，外形呈轴对称和平面对称的扁平圆盘状，犹如运动场上的铁饼，直径约为8.2万光年。太阳到银河系中心的距离(银心距)约为2.6万光年，离银盘对称平面仅有20光年?30光年。银盘厚度并不均匀，近中心处厚，边缘部分薄，除暗晕部分外，银河系总质量的85%?90%集中在银盘内。根据星系的哈勃分类法，银河系是一个Sb或Sc型的旋涡星系，这种旋涡结构表现为在银盘中存在若干条旋臂，它们是气体、尘埃和年轻恒星的集中分布区。旋臂的实际形状很复杂，有的地方会分叉，形成所谓支臂。

　　核球是银河系中恒星分布最密集的区域，大体上呈扁球状，长轴1.3万光年?1.6万光年，厚1.3万光年。核球质量约占除暗晕外银河系质量的5%，其中主要是一些老年天体，越接近中心，恒星的密集程度越高。核球中有一个很强的射电源人马座A，结构很复杂，至少含有5个子源，在射电辐射最强的2个子源中有一个子源的直径为33光年，该子源中更有一个直径近5光年的亮核，这就是银核。天空中银核所在的位置就是银河系中心的方向。银核的质量约为几百万太阳质量，天文学家普遍认为那里很可能有一个超大质量黑洞，不过并没有处于剧烈活动期，所以银河系是一个普通星系，而不是活动星系。

　　银晕包围着银盘，这是一个由稀疏分布的恒星和星际物质组成的区域，大体上呈球形，直径在10万光年左右。尽管它的范围比银盘大得多，但因为物质分布的平均密度很低，质量大约只及银盘的10%。银晕物质主要表现为老年恒星和球状星团，还有很少量的气体。

　　在银晕之外有一个范围更大的物质分布区，这就是暗晕，又称银冕。通常认为暗晕的组成成分主要是暗物质，直径可能是银晕直径的10倍，质量可能高达银河系其他部分质量总和的10倍。不过，由于暗晕的主要成分是暗物质，目前尚不能直接观测到，它是根据一些实测结果间接地推测出来的，因而对于暗晕的大小、质量和性质都尚未有明确的定论。

四、银河系厚盘的发现
　　除暗晕外，银河系中的物质主要以恒星形式分布在银盘中，在银盘对称平面(银道面)附近，单位体积内的恒星数(恒星数密度)最高，随着离银道面距离(银面距)的增大，恒星数密度渐而降低。银盘范围内恒星数密度D随银面距z的变化规律D(z)，大体上可以用指数函数D(z)=D0e-z/h来表示，其中e=2.7182??为自然对数底，D0是银道面上(z=0处)的恒星数密度，h称为标高。标高的含意是，银面距每增大h秒差距，恒星的数密度便减小到1/e。利用实测资料确定函数的具体形式(D0和h的值)，便成为研究银河系结构和恒星分布的主要内容之一。自赫歇尔时代以来，天文学家一直认为银盘中恒星只具有单一的指数分布结构——银盘，仅此而已。

　　1 9 8 3 年，两位英国天文学家吉尔莫(N.Gilmore)和莱德(G.Reid)经过详细的研究后首次明确提出，银盘中的恒星可以分属于薄盘和厚盘两种形态不同的结构。他们发现，恒星在垂直银道面方向上的分布需要用2个指数成分来表述：在银面距z≤1000秒差距范围内，银盘恒星可以用一个指数分布来描述，标高约为300秒差距, 这就是薄盘，也就是原来意义上的银盘。另一方面，在银面距z=1000秒差距?5000秒差距范围内的恒星主要属于第二个指数成分，标高约为1450秒差距, 称为厚盘。不过，构成薄盘和厚盘的恒星在空间分布上并不是截然分开的，而是互相套叠在一起，其间并没有任何使之一分为二的边界，这正是厚盘结构不容易发现的主要原因。在靠近银道面处，主要是薄盘恒星，如太阳附近区域内厚盘恒星仅占恒星总数的2%左右。由于薄盘恒星的标高比厚盘恒星小得多，随着银面距的增大，薄盘恒星的数密度迅速减小，因而在远离银道面的地方就以厚盘恒星为主了。

　　属于薄盘和厚盘的恒星，在物理学和运动学性质上有着明显的差异。厚盘恒星的年龄不小于80亿年，绝大部分大于100亿年，而薄盘恒星的年龄则普遍小于80亿年。在化学组成上，厚盘恒星中原子量比氢和氦重的所谓“金属元素”的相对含量(称为金属丰度)比较低，而薄盘恒星的金属丰度比较高。在运动学状态方面，与厚盘相比，薄盘恒星绕银心的转动速度比较大，但不同恒星之间在运动速度上的差异比较小，显得较为“步调一致”。

　　随着银河系厚盘的发现，原来关于银河系恒星分布的3成分(核球+银盘+银晕)模型，应代之以4成分(核球+薄盘+厚盘+银晕)模型。今天，银河系厚盘的存在，已经为天文界所普遍接受。不仅如此，在一些河外旋涡星系中也发现了存在厚盘的观测证据。因此，至少对一部分星系来说，厚盘很可能是星系结构中普遍存在的一种成分，它的形成和性质必然与星系演化过程密切相关。

　　在更为细致的研究中，人们又进一步把薄盘恒星区分为年轻薄盘和老年薄盘两种成分。其中，所谓“老年薄盘”就是原来意义上的薄盘，而属于年轻薄盘的恒星的空间分布更要“薄”一些，标高仅为100秒差距。构成老年薄盘的恒星主要是一些暗星，绝对星等M>4，而属于年轻薄盘的则大都是比较亮的恒星，M≤4，年龄小于30亿年。在太阳附近的薄盘恒星中，属于年轻薄盘的约占20%，而老年薄盘恒星则占了80%。

　　除了恒星外，银河系中还存在大量的气体尘埃物质，其中尘埃约占10%，密度高的地方便表现为各类星云。气体尘埃物质主要集聚在银道面附近，在空间分布上也呈现盘状结构，这就是气体盘。在讨论与银河系结构和演化有关的问题时，气那么，银河系总共有几个盘呢？就目前的认识来看，至少应该有4个，即厚盘、老年薄盘、年轻薄盘和气体盘，而其中前3个都是恒星盘。任何关于银河系形成和演化的理论研究(模型)，必须对此给出合理的解释。



五、厚盘是怎样形成的
　　自厚盘发现以来，结合银河系的演化，天文学家提出了若干种不同的厚盘形成理论，如薄盘和厚盘依次形成的坍缩机制，银河系与伴星系交会或并合使银盘增厚，厚盘通过对物质的直接吸积而形成，薄盘天体的运动学扩散并生成厚盘等。所有这些理论可以分为两大类，即“先厚后薄”机制，以及与之相反的“先薄后厚”机制。

　　在上面提到的几种理论中，属于“先厚后薄”的是坍缩机制，其余几种都是“先薄后厚”机制。对此，人们的认识还没有取得完全的一致，因为往往一种机制能说明一些观测特征，但却不能解释另一些观测特征。

　　坍缩机制认为，厚盘和薄盘是银河系在演化过程的前后两个阶段中相继形成的两种结构：原星系云先是通过坍缩形成厚盘恒星，之后剩余的气体通过内落，进一步坍缩并形成薄盘。初始坍缩可以是一种快过程，也可能是一种受压力支撑的慢坍缩。在快坍缩机制中，形成厚盘的时间大约只有4亿年，薄盘在这之后开始生成，约需经历6亿年时间。慢坍缩机制认为银河系的形成大约需要几十亿年时间，在这过程中厚盘先生成，然后再生成薄盘。

　　随着星系并合现象的普遍发现，一种目前比较流行的观点认为，由于银河系与某个伴星系并合，早期形成的薄盘恒星因受到剧烈的引力扰动、扩散而形成厚盘。这里又有两种不同的途径，一种认为需要通过银河系与伴星系发生实际上的并合，另一种则强调并不一定要求伴星系直接落入银盘，银河系与伴星系的一次密近交会同样可以形成厚盘。

　　与剧烈的并合机制不同，物质的直接吸积是一个缓慢过程，而厚盘的形成便是吸积过程的产物。这种理论认为，银河系本身就是由许多比较小的成分通过某种随机方式形成的。首先形成银晕结构，过了几十亿年后才形成薄的气体盘。早期形成的薄恒星盘通过不断吸积小的伴星系而形成厚盘。

　　早在1950年代初就已发现，不同恒星之间在运动速度上的差异随着恒星年龄的增长而变大，这个过程称为恒星的运动学扩散。这里所谓的“扩散”是指原来在银道面附近作圆轨道运动的恒星，由于某种原因变为在与银道面斜交的椭圆轨道上运动。造成扩散的原因可能有银河系旋涡结构状的物质分布对恒星运动轨道的扰动，分子云对恒星运动的引力作用，大质量银晕天体(如球状星团)在运动过程中穿越银盘时对银盘恒星运动状态的影响等。这类运动学扩散的长期效应，使早期形成的薄盘中恒星各奔东西，最终形成现在所观测到的厚盘。

　　在上述各种厚盘形成理论中，人们比较倾向于“先薄后厚”的并合机制，以及可能还有“先厚后薄”的快坍缩机制。鉴于厚盘对银河系以至河外星系的结构和演化研究至关重要，有关盘结构的讨论已成为天体物理中的一个热点。就目前来看，有些问题还没有完全弄清楚。比如，不同星系中的厚盘是否会有不同的形成过程？一种以上的机制是否会在不同的程度上同时对厚盘的形成发挥作用？等等。



六、银河系的总体结构是：
   银河系物质的主要部分组成一个薄薄的圆盘，叫做银盘，银盘中心隆起的近似于球形的部分叫核球。在核球区域恒星高度密集，其中心有一个很小的致密区，称银核。银盘外面是一个范围更大、近于球状分布的系统，其中物质密度比银盘中低得多，叫作银晕。银晕外面还有银冕，它的物质分布大致也呈球形。

   被观察到与推论的银河旋臂结构每一条旋臂都给予一个数字对应(像所有旋涡星系的旋臂)，大约可以分出12段。相信有四条主要的旋臂起源自银河的核心，它们的名称如下：

   2 and 8 - 3kpc 和英仙臂
   3 and 7 - 距尺臂和天鹅臂 (与最近发现的延伸在一起 - 6)
   4 and 10 - 南十字座和盾牌臂
   5 and 9 - 船底座和人马臂

   至少还有两个小旋臂或分支，包括：
   11 - 猎户臂 (包含太阳和太阳系在内 - 12)

   在主要的旋臂外侧是外环或称为麒麟座环，这是天文学家布赖恩·颜尼 (Brian Yanny)和韩第·周·纽柏格(Heidi Jo Newberg)提出，是环绕在银河系外由恒星组成的环，其中包括在数十亿年前与其他星系作用诞生的恒星和气体。

   银河的盘面被一个球状的银晕包围著，估计直径在250,000至400,000光年。.由于盘面上的气体和尘埃会吸收部份波长的电磁波，所以银晕的组成结构还不清楚。盘面(特别是旋臂)是恒星诞生的活耀区域，但是银晕中没有这些活动，疏散星团也主要出现在盘面上。

   银河中大部分的质量是暗物质，形成的暗银晕估计有6,000亿至3兆个太阳质量，以银河为中心被聚集著。

   新的发现使我们对银河结构与维度的认识有所增加，比早先经由仙女座星系(M31)的盘面所获得的更多。最近新发现的证据，证实外环是由天鹅臂延伸出去的，明确的支持银河盘面向外延伸的可能性。人马座矮椭球星系的发现，与在环绕著银极的轨道上的星系碎片，说明了他因为与银河的交互作用而被扯碎。同样的，大犬座矮星系也因为与银河的交互作用，使得残骸在盘面上环绕著银河。

   在2006年1月9日， Mario Juric和普林斯顿大学的一些人宣布，史隆数位巡天在北半球的天空中发现一片巨大的云气结构(横跨约5,000个满月大小的区域)位在银河之内，但似乎不合于目前所有的银河模型。他将一些恒星汇聚在垂直于旋臂所在盘面的垂在线，可能的解释是小的矮星系与银河合并的结果。这个结构位于室女座的方向上，距离约30,000光年，暂时被称为室女恒星喷流。

   在2006年5月9日， Daniel Zucker 和 Vasily Belokurov宣布史隆数位巡天在猎犬座和牧夫座又发现了两个矮星系。


（1）银盘
    银盘（Galactic disk）：在旋涡星系中，由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘.银河系的物质密集部分组成一个圆盘，称为银盘。银盘中心隆起的球状部分称核球。核球中心有一个很小的致密区，称银核。银盘外面范围更大、近于球状分布的系统，称为银晕，其中的物质密度比银盘的低得多。银晕外面还有物质密度更低的部分，称银冕，也大致呈球形。银盘直径约25千秒差距，厚1～2秒差距，自中心向边缘逐渐变薄，太阳位于银盘内，离银心约8.5千秒差距，在银道面以北约8秒差距处。银盘内有旋臂，这是气体、尘埃和年轻恒星集中的地方。银盘主要由星族Ⅰ天体组成，如G～K型主序星、巨星、新星、行星状星云、天琴RR变星、长周期变星、半规则变星等。核球是银河系中心恒星密集的区域，近似于球形，直径约4千秒差距，结构复杂。核球主要由星族Ⅱ天体组成，也有少量星族Ⅰ天体。核球的中心部分是银核。它发出很强的射电、红外、X射线和γ射线。其性质尚不清楚，可能包含一个黑洞。银晕主要由晕星族天体，如亚矮星、贫金属星、球状星团等组成，没有年轻的O、B型星，有少量气体。银晕中物质密度远低于银盘。银晕长轴直径约30千秒差距，年龄约1010年，质量还不十分清楚。在银晕的恒星分布区以外的银冕是一个大致呈球形的射电辐射区，其性质了解得甚少。

    1785 年， F.W.赫歇尔第一个研究了银河系结构。他用恒星计数方法得出银河系恒星分布为扁盘状、太阳位于盘面中心的结论。1918年，H.沙普利研究球状星团的空间分布，建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。到了20世纪20年代，沙普利模型得到公认。但由于未计入星际消光，沙普利模型的数值不准确。研究银河系结构传统上是用光学方法，但光学方法有一定的局限性。近几十年来发展起来的射电方法和红外技术成为研究银河系结构的强有力的工具。在沙普利模型的基础上，对银河系的结构已有了较深刻的了解。

    银盘是银河系的主要组成部分，在银河系中可探测到的物质中，有九成都在银盘范围以内。银盘外形如薄透镜，以轴对称形式分布于银心周围，其中心厚度约1万光年，不过这是微微凸起的核球的厚度，银盘本身的厚度只有2000光年，直径近10万光年，可见总体上说银盘非常薄。

    除了1000秒差距范围内的银核绕银心作刚体转动外，银盘的其他部分都绕银心作较差转动，即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式存在，占银河系总质量不到10％的星际物质，绝大部分也散布在银盘内。星际物质中，除含有电离氢、分子氢及多种星际分子外，还有10％的星际尘埃，这些直径在1微米左右的固态微粒是造成星际消光的主要原因，它们大都集中在银道面附近。

    由于太阳位于银盘内，所以我们不容易认识银盘的起初面貌。为了探明银盘的结构，根据本世纪40年代巴德和梅奥尔对旋涡星系M31（仙女座大星云）旋臂的研究得出旋臂天体的主要类型，进而在银河系内普查这几类天体，发现了太阳附近的三段平行臂。由于星际消光作用，光学观测无法得出银盘的总体面貌。有证据表明，旋臂是星际气体集结的场所，因而对星际气体的探测就能显示出旋臂结构，而星际气体的21厘米射电谱线不受星际尘埃阻挡，几乎可达整个银河系。光学与射电观测结果都表明，银盘确实具有旋涡结构。

（2）银心
    星系的中心凸出部分，是一个很亮的球状，直径约为两万光年，厚一万光年，这个区域由高密度的恒星组成，主要是年龄大约在一百亿年以上老年的红色恒星，很多证据表明，在中心区域存在着一个巨大的黑洞，星系核的活动十分剧烈。银河系的中心﹐即银河系的自转轴与银道面的交点。

    银心在人马座方向﹐1950年历元坐标为﹕赤经174229﹐赤纬 -28°5918。银心除作为一个几何点外﹐它的另一含义是指银河系的中心区域。太阳距银心约10千秒差距﹐位于银道面以北约8秒差距。银心与太阳系之间充斥著大量的星际尘埃﹐所以在北半球用光学望远镜难以在可见光波段看到银心。射电天文和红外观测技术兴起以后﹐人们才能透过星际尘埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探测到银心的信息。中性氢21厘米谱线的观测揭示﹐在距银心4千秒差距处o有氢流膨胀臂﹐即所谓“三千秒差距臂”(最初将距离误定为3千秒差距﹐后虽订正为 4千秒差距﹐但仍沿用旧名)。大约有 1﹐000万个太阳质量的中性氢﹐以每秒53公里的速度涌向太阳系方向。在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以每秒135公里的速度离银心而去。它们应是1﹐000万至1﹐500万年前﹐以不对称方式从银心抛射出来的。在距银心 300秒差距的天区内﹐有一个绕银心快速旋转的氢气盘﹐以每秒70～140公里的速度向外膨胀。盘内有平均直径为 30秒差距的氢分子云。

    在距银心70秒差距处﹐则有激烈扰动的电离氢区﹐也以高速向外扩张。现已得知﹐不仅大量气体从银心外涌﹐而且银心处还有一强射电源﹐即人马座A﹐它发出强烈的同步加速辐射。甚长基线干涉仪的探测表明﹐银心射电源的中心区很小﹐甚至小于10个天文单位﹐即不大于木星绕太阳的轨道。12.8微米的红外观测资料指出﹐直径为1秒差距的银核所拥有的质量﹐相当于几百万个太阳质量﹐其中约有100万个太阳质量是以恒星形式出现的。腥巳衔?o银心区有一个大质量致密核﹐或许是一个黑洞。流入致密核心吸积盘的相对论性电子﹐在强磁场中加速﹐于是产生同步加速辐射。银心气体的运动状态﹑银心强射电源以及有强烈核心活动的特殊星系(如塞佛特星系)的存在﹐使我们认为﹕在星系包括银河系的演化史上﹐曾有过核心激扰活动﹐这种活动至今尚未停息。

（3）银晕
     银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内，银晕直径约为九万八千光年,这里恒星的密度很低，分布着一些由老年恒星组成的球状星团，有人认为，在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区，称为银冕，银冕至少延伸到距银心一百千秒差距或三十二万光年远。

    银河系是一个透镜形的系统，直径约为25千秒差距，厚约为1～2千秒差距。它的主体称为银盘。高光度星、银河星团和银河星云组成旋涡结构迭加在银盘上。银河系中心为一大质量核球，长轴长4～5千秒差距,厚4千秒差距。银河系为直径约30千秒差距的银晕笼罩。银晕中最亮的成员是球状星团。银河系的质量为1.4×1011太阳质量,其中恒星约占90％，气体和尘埃组成的星际物质约占10％。银河系整体作较差自转。太阳在银道面以北约8秒差距处距银心约10千秒差距，以每秒250公里速度绕银心运转,2.5亿年转一周。太阳附近物质（恒星和星际物质）的总密度约为0.13太阳质量/秒差距3或 8.8×10-24克/厘米3。银河系是一个Sb或Sc型旋涡星系，拥有一、二千亿颗恒星，为本星系群中除仙女星系外最大的巨星系。它的视绝对星等为Mv=-20.5。它以 1010年 的时间尺度演化。



七、神话
    世界各地有许多创造天地的神话围绕著银河系发展出来。很特别的是，在希腊就有两个相似的希腊神话故事在解释银河是怎么来的。有些神话将银河和星座结合在一起，认为成群牛只的乳液将深蓝色的天空染白了。在东亚，人们相信在天空中群星间的雾状带是银色的河流，也就是我们所说的天河。

    Akashaganga是印度人给银河的名称，意思是天上的恒河。
    依据希腊神话，银河是赫拉在发现宙斯以欺骗的手法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯因而溅洒在天空中的奶汁。另一种说法则是赫耳墨斯偷偷的将赫尔克里斯带去奥林匹斯山，趁著赫拉沉睡时偷吸他的奶汁，而有一些奶汁被射入天空，于是形成了银河。

     在芬兰神话中，银河被称为鸟的小径，因为它们注意到候鸟在向南方迁徙时，是靠著银河来指引的，它们也认为银河才是鸟真正的居所。现在，科学家已经证实了这项观测是正确的，候鸟确实在依靠银河来引导，在冬天才能到温暖的南方陆地居住。即使在今天，芬兰语中的银河依然使用Linnunrata这个字。

    在瑞典，银河系被认为是冬天之路，因为在斯堪的纳维亚地区，冬天的银河是一年中最容易被看见的。
古代的亚美尼亚神话称银河系为麦秆贼之路，叙述有一位神祇在偷窃麦秆之后，企图用一辆木制的运货车逃离天堂，但在路途中掉落了一些麦秆。

（八）银河的未来
    目前的观测认为仙女座星系(M31)正以每秒300公里的速度朝向银河系运动，在30-40亿年后可能会撞上银河系。但即始真的的发生碰撞，太阳以及其他的恒星也不会互相碰撞，但是这两个星系可能会花上数十亿年的时间合并成椭圆星系。