第六节 银河系

第六节 银河系

我们在上文介绍银河时提到了星云，如人马座大星云，它的中心距离我们超过5万光年，另外还提到了更小更近的盾牌座星云。夏普利认为这些星云其实是星系，即恒星和星云的集合。它们的平均直径约为1万光年，有些很小，有些却大三四倍。

太阳所在的星系是银河系。银河系中等大小，非常扁。星座里肉眼可见的明亮的星、中等望远镜能观测到的几百万颗星中的大部分、很多疏散星团、沿着银河密集排列的或明或暗的星云，都属于银河系。从众多星系的其他位置来看，银河系也是一团星云。银河系里有2 000多亿颗恒星，太阳是极普通的一颗；银河系的中心远在300光年以外、南天的船底座（Carina）方向。

这些星云基本都汇集在一个平面中，处于银河系这个超级系统里。过去的200多年里，天文学家尝试准确测出这个系统的大小和形状。这个系统最大的特点就是我们在天上见到的银河，但是由于我们身处这个系统之中，测定工作显得很难，要是我们能在系统之外看一眼，就简单多了。过去，这个困难更巨大，不久之前我们还没法测出远在环绕我们的天体之外的天体的距离。

有两种方法可用于研究银河系的构成。一个是在天上划出大小相同的若干区域，统计每个区域有多少星，得到的数据可用于研究。威廉·赫歇尔是第一个使用这种方法的人，他清点了望远镜能看到的整个天空上3000多个区域的星星。如果某个方向星星多，那么那个方向的星星就分布得更广阔，赫歇尔就这样得出了结论，他指出银河系像一个磨盘，轴垂直于银河平面，按照当时使用的比例尺来算，直径为6 000光年。赫歇尔得出的系统还是太小了，他使用的19英寸口径的反射望远镜只能看到比较近的星星。这是人类第一次有计划地尝试测量银河系。后来，这种方法又使用过很多次，望远镜水平和探索方法也有所进步，现在，这种方法用于研究天空某个区域的照片。1928年，西尔斯（Seares）宣布了一些新发现，他来自威尔逊天文台。

测量整个系统里每处物体的距离是研究银河系构成的第二种方法。显然，如果我们能知道银河系各处的方向和距离，就能照着它的形状和大小建造一个模型。我们已经讲过，我们能测量造父变星的距离，无论它出现在哪里，幸好，这种能帮上忙的星遍布银河系。有了造父变星的帮助，再加上一些天文学家想出的新办法，对银河系的探索进展很快，哈佛天文台和许多位于其他地方的天文台都在从事这项工作。目前我们对整个银河系的大小和形状有了较完整的认识，但是人们的意见没有完全统一。

我们在前面介绍过球状星团这种比较可靠的模型。对银河的平面来说，它们的分布是对称的，划分出的空间直径超过20万光年。如果把球状星团标示的范围当作银河系的外轮廓，那么银河系的直径也有20万光年，中心位于人马座大星云。

很多河外星系是旋涡状的，因此，我们设想银河系也是旋涡状的。如果这个假设成立，人马座星云就正处于旋涡核心和各旋臂连接的位置。太阳系仅仅是一条旋臂上的一个小体系，大概处于银河系中心到边缘的中间位置。

通过观测人们发现银河系也在旋转，正如远方的旋涡星云一样。我们处于这个旋转的系统里，所以也在用每秒320千米的速度向仙王座移动。有人认为银河系是单独旋涡星系，上述发现刚好可以作为佐证。但是，如果真的是这样，它就会成为已知星系里最大的那个，比其他星系里最大的还大上5倍，这实在没法让人信服。

大麦哲伦云和小麦哲伦云距离银河很远，但是和很多球状星团相比，又近多了。它们接近南天极，北纬中纬度地区的人没法在地平线以上看到它们。大麦哲伦云直径约1万光年，距离我们8.6万光年。小麦哲伦云直径6 000光年，离我们更远，距离9.5万光年。它们是天上能被肉眼看到的两块光斑。通过望远镜观测，能发现它们中有恒星、星云、星团，还有其他我们熟知的成员。它们的大小和银河里的星云差不多。如果它们在银河的平面上，就会和银河的星云混为一团，让我们无法区分。通过它们的运动可以推测，它们和银河系在同一个星系群里。

在赫歇尔开始大举研究天空的20多年前，英国的莱特（Thomas Wright）提出一种观点，即银河系的外形像扁平的盘子。1755年，哲学家康德发表了一种更进步的观点，他猜测星云是离银河很远的星系，他依据这种假想把它们称作岛宇宙。当时人们还没有办法测出这些天体的距离，所以无法证明或否定这种假说。

以前被称为星云的混沌物体，有些已经被证明是星团，其余的可以分为两种：第一种在向银河汇集，它们属于银河星云，也可以说是真正的星云，这些已经在前面介绍过；第二种遍布天空，但是银河附近看不到，因为它们被暗星云和银河里其他物质遮住了，这些星云就是包括旋涡星云在内的河外星云。(https://www.daowen.com)

1923年，哈佛的夏普利得到了关于河外星系的可信的认识，开启了认识河外星系的新阶段。夏普利证明，天文学家很熟悉的NGC6822星云比银河系的所有成员都遥远得多。于是，至少人们证实了一个岛宇宙。这个星云和麦哲伦云类似，距银河系62.5万光年。

接着，赫伯尔成功地给距离我们最近的旋涡星云里的单颗恒星拍下照片，这是新的进展。赫伯尔使用威尔逊山口径100英寸的望远镜为这些恒星拍照，从中发现了造父变星，于是可以测算造父变星的距离，从而得到它们所在的星云的距离。为了获得研究成果，必须经常给旋涡星云拍照，来找出造父变星的周期。赫伯尔用上述方法进行研究，并于1925年宣布旋涡星云是遥远的河外星系。

旋涡星云中最亮的当属仙女座大星云，它是唯一一个能被肉眼清楚看到的旋涡星云。熟悉飞马座那个大正方形的人，很容易在秋冬夜晚发现仙女座大星云。人们把飞马座正方形想象成勺子，勺子柄指向东北。勺子柄的第二颗星的东北方，有一个长长的暗淡光斑，那就是仙女座大星云。通过望远镜也不好分出它的结构，但是照片却能清楚地显示出来。它是一个扁平的旋涡状星云，以15°角向我们倾斜，明亮的核心周围有一些黑暗的区域。仙女座大星云距离我们约80万光年，是巨人星系。

在相邻的三角座，有距离我们最近的旋涡星云M33，但是肉眼几乎看不到它。虽然它比仙女座大星云近5%，但是更小、更暗，直径为1.5万光年。三角座旋涡星云基本用平面对着我们，所以构造很清楚——在同一个平面上，从核心的反方向伸出分支并往同一个方向弯曲。

100英寸口径的望远镜能够观测到的河外星系约200万个，多为旋涡星云，距离范围从不足100万光年到1.5亿光年。旋涡星云的平均直径从5 000光年到1万光年不等，直径取决于它们盘曲得是否紧密。它们面对我们的角度也不同：有些用面对着我们，例如北斗星附近猎犬座里的旋涡星云；有的用边对着我们。

用边对着我们的旋涡星云看上去很像纺锤。这类星云有个特点：有一条暗带沿着纺锤分布，有时看起来像要把纺锤一分为二。旋涡星云中间的暗带会让我们想起银河系里的黑暗尘云，特别是银河里那条长长的裂隙。使用分光仪研究发现，这些不同程度地用边对着我们的星云都在转动，和我们根据扁平结构做出的推论相符。仙女座旋涡星云核心的旋转周期长达1 600万年。

河外星系不都是旋涡状的。有些河外星系像麦哲伦云；还有椭圆星云，它们的平面有的接近正圆，有的是扁扁的椭圆形，其中最扁的拉得很长，像个侧边对着我们的双重凸镜。

银河系也会像恒星似的和其他星系聚成一群，即本星系群。目前已知40个星系群，有些只包含几个星系，有的包含几百个星系。室女座附近发现了一些例子。哈佛天文台研究过半人马座大星系群，发现了一些能够媲美仙女座大星云的巨人星系。天文学家曾经以为飞马座里有一群和本星系群相似的星系。

在发现河外星系存在以后的几年，人们对它们的认识增加了不少，但未知的依然很多。探索恒星时提出的问题在星云上再次出现了。围绕着我们的星辰都汇集在银河系里，于是出现一个假设：银河系以及本星系群也汇集在一个更大的群体里，那是一个超级系统。

研究河外星系时，我们有很多引人注意的发现，其中一个令人惊讶，那便是它们远去的速度。这个发现源自它们的光谱，是根据光谱线的移动推测出来的。去掉我们自身运动造成的影响，河外星系远离我们的速率依然很大，并且距离越大速率越大。威尔逊山的天文学家发现一个位于大熊座的暗淡星系在以每秒1.1万千米的速率远离我们，等分光仪可以观测到更远的星系时，其远离的速度肯定更快。

爱因斯坦提出过一个观点：空间没有物质便是无限的，有了物质就有限了；宇宙里的物质越多，空间半径越小。有的科学家认为，宇宙中的物质的总量在不断减少。他们提出一种假设：恒星为了能够持续辐射能量而减少质量。如果这种假设属实，单单太阳每秒钟损失的质量就有250万吨。按照上述理论，质量减少，空间就膨胀了。比利时的勒梅特（Lemaitre）给出了一个关于宇宙膨胀的公式。在这种公式里，远处的物体肯定会快速离我们而去，这一点符合已知的河外星系的情况。^[1]

[1]历史上出现过多种关于宇宙起源的假说，随着人类对宇宙认识的加深，相关学说不断得到修正，目前被广泛接受的是宇宙大爆炸说，但是它也不完美。现在还没有一种学说能够彻底解释宇宙的起源和发展，人类仍需不断地探索。——编者注