银河系有多大 银河系中心是什么

伤我心太深

　　银河系有多大？哥白尼通过行星的运动，确定了太阳系的中心是太阳而不是地球。但凭借那个时代的天文学观测，他没有办法确定太阳是否是宇宙的中心。望远镜的发明才使得人类终于将智识延伸出太阳系的疆域。

　　银河系中心是什么？

银河系有多大 银河系中心是什么

　　银心，也就是银河系中心，距离我们约27000光年，位于人马座方向。银心的拥挤程度，相当于要在太阳和距我们4.3光年的半人马座阿尔法星之间，塞进100万颗恒星。

　　图中这些密集的恒星，几乎都是银河“核星团(nuclearstarcluster)”的成员。核星团，是银河内密度和质量最大的星团，它簇拥着“人马座A*”——一个质量达太阳400万倍的超大质量黑洞。



　　第一个认真致力于研究银河系形态大小的天文学家是我们在上一节提到的威廉·赫歇尔(William Herschel)。赫歇尔出生于德国汉堡的一个音乐家庭，作为一位优秀的管风琴和双簧管演奏家，曾获得了来自Bath的乐团Oc-tagon Chapel的邀请，成为其常任的管风琴手。


　　得益于音乐事业上的成功，赫歇尔拥有了富裕的物质生活。夏天是音乐家繁忙的季节，需要应付不同的演出，并且Bath访客云集。但到了冬天，这里就变得安静闲逸。赫歇尔有了充足的时间来重拾自己在天文学上的爱好。很快，仅仅阅读科技文献已不能继续满足赫歇尔的野心，他想要亲自观察书中所描述的奇妙夜空。


　　他需要一个望远镜。在当时，望远镜已经可以从光学器材商店里买到，只是价格昂贵。而在Bath的商店里恰好就有一台。但是赫歇尔并不满足于此。他想要看到别人没有看到过的星空。
　　于是，自己动手制作一台望远镜，成为了唯一的选择。尽管他有一些制作乐器的经历，但是制作光学望远镜是完全不同的事情，这对设计和加工精度有着极高的要求。但如有神助一般，赫歇尔建成了一系列当时世界上最大的反射望远镜。

银河系有多大 银河系中心是什么

　　图1.2　赫歇尔建造的最大望远镜


　　这样的望远镜使得赫歇尔可以看到前人所未见的景象。他发现了一颗新的大行星——天王星;他和他的妹妹还有儿子建立了史上最大的、至今仍然在使用的星云团全表;他制作了一份双星全表，证明了很大比例的双星不仅仅在视觉上，而且在物理上是相联系的;他发现了红外线的存在……

　　1785年，赫歇尔开始测量银河系的形状。在伽利略发现银河其实是密集恒星的集合后，人们意识到银河是一个扁平的系统，恒星密集地分布在一个盘面上。


　　如何确定银河盘的形状是圆还是扁?


　　赫歇尔设计了一个很巧妙的方法：记录在银河不同部分的恒星数目。

　　赫歇尔假设他的望远镜已经可以看到银河的边缘，那么在不同方向上看到的恒星数目应该正比于地球在该方向上距离银河边缘的长度。假如太阳和地球正好处在银河中心，那么在沿着银河的各个方向看到的恒星数目应该都差不多。据他的观测显示，银河的形状是一个椭圆，太阳系并不在银河系中心，但是却也距中心不远。

银河系有多大 银河系中心是什么

　　图1.3　赫歇尔的银河系


　　在其后的一百多年里，天文学家一直用同样的办法测量银河系的形态。1922年，荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦进一步完善了赫歇尔的方法，利用更好的观测设备，他测定出银河系的大小是40,000光年;同样的，他也认为太阳在银河系中心附近。


　　我们今天知道，太阳系实际上在银河系的郊区，而不是中心。是什么导致这些可敬的科学家们犯了错误呢?答案是「尘埃消光」。今天的天文学家知道银河系中，尤其是银河盘面上存在着大量细小的尘埃，这些尘埃会散射远处恒星发出的光芒，使得远处的恒星看上去更红，也更暗。尘埃消光使得卡普坦大大低估了银河中心方向的恒星数目，从而得到一个偏小的银河系。


　　二十世纪初，美国的天文学家哈罗·沙普利(HarlowShapley)想到了一个聪明的方法。在银河系中，存在着二百多个被称作球状星团的恒星集团。这些星团中的恒星从数万颗到数百万颗不等，沙普利认为这些球状星团应该存在于银河系的各个角落，可以作为银河系形态的参考坐标，如果能够定出每一个球状星团距离地球的位置，人们就可以知道银河系的大小和形状。


　　那么如何测量球状星团的距离呢?他假定这些星团和其他星团的亮度相同，并把这个亮度定义为本征亮度。另一方面，星团的观测亮度是随着距离的平方降低的。沙普利通过比较这些星团的观测亮度和本征亮度，就可以估计星团的真实距离了。从1914年开始，沙普利对银河系中的球状星团进行了大规模的研究。他的测量显示地球到银河中心的距离是银河半径的2/3。而我们的银河从一端到另一端的距离达到二十万光年。


　　但是，现代的测量给出的银河系盘尺度大约是10万光年，比沙普利的估计稍小些。究其原因，沙普利也同样受困于银河系的尘埃消光。由于尘埃消光的存在，远处的球状星团看起来比实际上更加暗淡，也显得更加遥远。