花生头条

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花生头条新闻

大家好，我是来自中科院上海天文台的沈俊太，非常高兴来到SELF讲坛。今天我想给大家讲一讲关于银河系的一些事情。

这是一张星空的照片。我想请问在座的各位，有谁真的看到过银河？好像非常少，这也很正常，因为上海的天光有点儿太亮了，而且有雾霾，所以我们看不清楚星空。

如果我们到附近的高山上去看，星空是非常漂亮的。银河就是图片里这条明暗交错的暗带，银河系就是太阳所在的星系。

太阳和其他的恒星，并不是均匀分布在整个宇宙中，而是成为一个一个的集体，再分布在整个宇宙中。就像人类并不是均匀地分布在地球的表面上，我们集中居住在城市里，城市之间的地带人非常少。

我们刚才说银河系就是图片中的这条暗带，那我想请问一下在座的各位，这些不在这条暗带里边的恒星，属不属于银河系？其实这些星星离我们都非常近，都属于银河系。

如果我们把银河系想象成一个盘子，所有我们肉眼能看到的星星都在图中这个小红圈里边，所以我们就会觉得这些银河系内的恒星好像是分布在四面八方，但其实它们都在银河系里边。

这是另外一张非常漂亮的星空，是在智利5000米的高山上拍摄的，那是世界上最好的观测台址之一。我们可以看到照片中除了繁星点点，还有一些其他的天体。在人类学会使用望远镜之后，我们对这些天体有了更深入的了解。

比如仙女座大星云、M33星云。还有其他的一些天体，比如说球状星团，非常漂亮，它是1万颗恒星聚集在一个非常小的空间形成的。那么这些天体（星云和星团）在银河系之内吗？我把这个问题的答案留在后边。

我们生活在银河系里，很自然地，我们想知道银河系的全貌是什么样子。我们都知道苏东坡的这首诗“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。正因为我们生活在银河系里，我们反而很难看到银河系的全貌。

也许有人就想，我们造一艘宇宙飞船，飞出整个银河系，我们不就能看到它的全貌了吗？现在人类造出的距离地球最远的飞行器叫做旅行者一号，它现在的运行速度是6万公里每小时。我们知道中国的高铁最高速度是300-350公里/小时，这种宇宙飞船比我们的高铁快200倍。如果我们乘坐这艘宇宙飞船，从北京到上海只需要一分钟！

那如果我们乘坐旅行者一号飞出银河系，大家猜猜要多长时间？5000万年！我们人类只有五千年有文字的历史，显然这是天方夜谭，我们不可能飞出银河系去看银河系的全貌。但我们依然可以问这些问题，银河系真实的模样是什么样子？银河系是不是独一无二的？为什么银河系会演化成现在的样子？天文学家一直也在追问这些问题的答案。

大约250年前，英国的天文学家赫歇尔首次勾勒出了银河系的大小。在这个图中我们可以看到，他认为太阳在银河系的中心附近，银河系是一个扁平状的结构，它的直径是6400光年，厚度是1300光年。

又过了一百多年，美国的著名科学家夏普利通过研究球状星团的空间分布，发现太阳其实并不在银河系中心，推翻了有500年历史的日心说，这是我们人类认知宇宙历史上的一个巨大的飞跃。

这个图里有很多小圆圈，每个小圆圈代表1个球状星团，每个球状星团内包含了1万到10万颗恒星，它很亮，所以我们能在很远的地方看到它。图中黄色的小星星代表太阳，当时夏普利做了一个非常大胆的假设，他假设球状星团就是银河系的一个子系统，那么球状星团的中心就应该是银河系的中心，但是通过测量，他发现太阳并不在这些球状星团的中心，所以他就大胆地推测，太阳并不在银河系的中心。

而且他认为银河系就是整个宇宙，我们刚才看到的那些漂亮的旋涡星云，都在银河系之内。当然，并不是每一个科学家都赞同夏普利的观点。1920年，美国科学院就爆发了一场关于宇宙尺度的大辩论，一派以夏普利为代表，一派以柯蒂斯为代表。

夏普利这一派认为银河系非常之大，它就是整个宇宙，旋涡星云就是处于银河系内的气体云。另一派的观点则认为，旋涡星云在银河系之外，它们是恒星系统，不是气体云，而且每一个星云就像银河系一样，是一个岛宇宙，整个宇宙是由很多银河系这样的岛宇宙构成。如果说宇宙是一个大洋，那么每一个星云都像银河系一样，是一个漂浮在大洋上的岛屿。

当时这场论战并没有胜利方，主要是因为当时没有很好的观测设备，我们的科学知识也很欠缺。那么请大家想一想，怎么才能最好地回答这个问题？假如我们有一把量天尺，可以精确地测量离我们最近的星云的距离。如果这个距离大于当时已知的银河系尺度，它们就在银河系之外，反之就应该在银河系之内。

那个时候，大家已经开始意识到，有一种非常有意思的变星，可以作为一个很好的量天尺。这种变星叫做造父变星，变星就是这个星星的亮度在天空中发生周期性的明暗变化。通过测量造父变星的光变周期，我们就可以推出它本身的光度，知道它本身的光度以后，通过和视亮度比较，我们就可以测出距离来。

就好比我们知道一根蜡烛本来是多亮，如果我们看到它很亮，说明它离我们很近，如果看到它很暗，说明它离我们的距离非常远。

四年之后，哈勃果然在仙女座大星云发现了这一类造父变星。哈勃是非常著名的天文学家，现在在地球之外飞行的一个太空望远镜，就是以他的名字命名的，哈勃太空望远镜。左边这个图就是哈勃正在用望远镜进行观测，他用的是当时刚刚落成的世界上最大的望远镜虎克2.5米望远镜。

有了这个观天利器，哈勃就非常详细地研究了仙女座大星云，他发现其中有很多造父变星。他假设这些造父变星都属于仙女座大星云，就可以通过造父变星的距离推出仙女座大星云离我们的距离。他推出这个距离大概是100万光年，远远大于当时已知的银河系的尺度30万光年。所以他就证明了仙女座大星云在银河系之外，银河系并不是整个宇宙。

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