为什么我们身在银河系,却能看到银河形状

每当夏末秋初之际，壮观美丽的银河就会在苍穹之上展现。像一条丝带纵横天际。

是不是身在城市的你，从来没有仔细观察过？

因为现代社会灯火璀璨。城市的光污染非常严重。晚上的天空也宛若白昼。用肉眼根本看不到银河的风貌。即便到了郊区，也只能看到其中的一段。这是一件相当遗憾的事情。

但是在古时候，最壮观的景象就是这横亘在天空中的银河了。

中国古代对于银河的描写比比皆是。“天河夜转漂回星，银浦流云学水声”。唐代李贺的这首《天上谣》恰如其分地描写了银河的瑰丽。

对于银河自古就衍生出很多传说。中国的古人认为银河就是天上的一条大河，是王母娘娘利用神通变出的，用来阻隔牛郎和织女的相会。在罗马神话中，银河是天神朱庇特（宙斯）的老婆朱诺（赫拉）的奶水所化。因此，在英语里，银河的翻译是“milkway”即奶路。

当然，传说就是传说。是出于古人朴素而美好的幻想。拉回科学层面，有书册所载的第一个看到银河形状的人是伽利略。当他用普通的单目镜对准银河后，他发现：银河那看上去奶白色一样的雾实际上是由无数得极暗的恒星构成的。

之后一代又一代的科学家通过观察证实了伽利略的观点。银河确实由难以计数的恒星组成。天文学家敏锐地意识到，研究银河将是探索恒星的一把关键钥匙。

英国天文学家威廉.赫谢尔首先开始探索了恒星的奥秘。他把北半球的天空分成了个区域，然后按照区块逐一观测记录恒星的数量。他一生中一共观测了多次。详细记录了11.8万颗恒星的位置。结果，他发现，所有的恒星似乎都聚集在一个状如磨盘的大系统里面。之后的科学家把这个发现称为“圆盘理论”。

赫谢尔年龄大了以后，开始自我怀疑。他觉得圆盘理论不成立。于是，他嘱托后人继续研究下去。他的儿子叫约翰.赫谢尔。当时，他做了一件让所有人瞠目结舌的事。他把老赫谢尔的著名的大炮望远镜拆卸后安装在船上。不远万里运到南非的好望角。

因为他认为，当时大部分的观测点都建立北半球，南半球的星空缺少数据。另外，好望角的天空非常干净，特别适合天文观测。

小赫谢尔在父亲的方法上进行了改良，他把天空分成了多个区域，用了3年时间观测完成6.0万颗恒星。结果证实了老赫谢尔的圆盘理论是正确的。

在赫谢尔父子的努力下，人类初步形成了关于银河系正确的概念。

其实在赫谢尔父子之前，英国的哲学家赖特和德国的哲学家康德就描述过银河系的形状。不过他们不是基于观测，而是凭借丰富的想象力。尽管他们的描述与我们几天的观测结果有不少类似的地方，但科学上承认的只有赫谢尔父子。因为科学重视的是方法和过程，而不仅仅是结果。

哲学家更关心自己的理论能否自圆其说，轻视观测实践。比如古希腊的德谟克利特早在多年前就提出了原子说。但这种学说在没有实证和观测为依托下，纯粹就是蒙对了答案。事实上，德谟克利特所说的原子和现代科学中所说的原子不是一种东西。

再比如为了科学而献身的布鲁诺，在他的时代就提出了太阳不是宇宙的中心，而是千万恒星中的一颗。虽然现代看来，结果正确。但布鲁诺是靠哲学思辨的方式猜想得出的结果，因而在科学界，并不会把破除日心说的功劳算到他身上。

真正的科学工作者在不断论证自己的科学结论时，会引入各种方法，比如利用数学来定性，定量。还用方法得出科学的语言，而符合以上思维过程的只有赫谢尔父子。他们做出了举世公认的伟大成就。没有人会质疑他们的专业性。因为他们是用科学的方法建立了银河系的正确模型。

老赫谢尔利用他的单口径望远镜发现了漆黑的宇宙中到处充满的发光的气体云，当时的人把这些称为“星云”。并认为那是宇宙中的云状物质。老赫谢尔非常痴迷于寻找星云，在他去世的时候，已经发现了多个星云，并且一一记录在案。但限于他的望远镜口径，他无法对星云的结构和形状作出进一步地深入发现。

但更高倍数、更大口径的望远镜意味着更多的金钱投入。天文学急需要一位富人的参与。年，一位对天文学痴迷的伯爵公子出现了，他叫“威廉.帕森斯”，也就是后来的第三代罗斯伯爵。他家里非常富裕而且非常喜爱望远镜。他热衷于制造越来越大的天文望远镜。在他45岁那年，他建成了当时世界上最大的1.8米口径超级望远镜。在此后70多年，无人打破这一记录。

有了这件神器，罗斯伯爵就能看到当时世界上无人能看到的宇宙景观。但他被后世记住的成就仅仅是绘制了一幅星云的素描。即“猎犬座旋涡星系M51”。但这唯一的成就却意义重大，他使人类首次看清了星云的真实结构。

这个结构如此复杂，以至于让天文学家们开始怀疑，星云根本就不是气体云。而是某种天体的组合。这极大激发了科学家探索星云的兴趣。而星云的观测也成了几十年后人们探索宇宙的关键。

当然，在那个时代，没有人能想到星云和天上的银河有什么关系。人类的认识都是不断进步的。时间到了年，荷兰天文学家卡普坦给大部分科学家邮寄了倡议信，倡议全世界的科学家用赫谢尔的分区法再数一次星星，并详细记录他从天空中随机选取的个天区中所有恒星的亮度。时差、位置和视向速度等参数。

卡普坦的目的是要定量地勾勒出银河系的结构和形状。卡普坦的倡议得到了相当多的科学家支持。尽管当时正在进行一战，仍然有大量数据汇总给卡普坦。终于到了年，卡普坦向天文学家宣布，他用统计分析的方法画出了银河系的形状，银河系是一个直径光年，厚度光年的透镜形状。但因为未考虑到星际消光的影响，他得出的银河系大小仅为现在所知的一半左右。但这比赫谢尔给出的结果打了9倍。并且认为太阳位于银河的中心，离太阳越远，恒星越少。

就在卡普坦醉心于统计数据汇总时，在美国加州距离洛杉矶32公里的威尔逊山上，一个巨大的天文望远镜即将建成。在这里，将建立起全世界最大的光学望远镜。年，口径达到2.5米的胡克望远镜安装完成。

沙普利是这个天文台迎来的伟大天文学家之一。他非常着迷的研究着球状星团。在对93个球状星团观测后，他发现这93个星团分布很不均匀。并且不沿着银河聚集。有些离银河很远。其中的1/3聚集在人马座附近。

沙普利从这个现象得出的思考是如果太阳在银河中心，那么球状星团分布得并不对称。也就是说如果要让球状星团对称地分布在银河中心，那么太阳肯定不在银河的中心附近。

于是他画了一个新的银河草图，太阳的位置在偏离银河中心的边缘位置上。他看着图心想，这些星团离地球到底有多远呢？

为了测定远距离，天文学家发展出“造父变星”测距法。也就是通过观察仙王座δ变星的亮度周期来判断星际距离。（这颗星因为在中国古代称为造父一，因此叫做造父变星。）美国女天文学家李维特通过研究发现这颗星亮度和光变周期之间存在数学关系。也就是说只要测定出此星的光变周期值，就能通过公式求出这颗恒星的亮度。然后再通过亮度与距离的平方成反比的规律，就能算出距离。

因而，“造父变星”成了天体测距的量天尺。沙普利按照这个原则测出了众多球状星团的距离。最终提出银河系的直径是30万光年。厚度是3万光年。银河中心是在人马座方向。距离太阳5万光年。

现代的书本上告诉我们，银河和直径是15万-18万光年，核心厚1.5万光年。边缘厚-光年。太阳到银心距离是2.7万光年。沙普利的银河系总体结构是对的，但各项数值差得比较大。

后来，人们发现他错误的原因是搞错了造父变星的类型，并且他当时不清楚星际消光物质的存在。低估了视星，使得他测定的距离大大高估。

时间到了年，34岁的埃德温哈勃发现仙女座星云离我们的距离都是大约93万光年。这个距离远远大于沙普利计算的数据。因此，他的数据引起了天文界的反响。哈勃的工作让天文学家达成了共识：星云不是银河系中的气体云。而是与银河系一样由千亿星球构成的星系。

哈勃是如何测定这些星系的距离呢？他采用的办法是假定每个星系的绝对亮度都差不多，那么，既然知道了仙女系的距离，那么通过比较其他星系的视觉亮度来计算距离。银河系拥有数亿星球，那么到底是怎么测量距离的呢？科学家根据哈勃的测法选择了测量红外线波段的电磁波。因为红外线波长比较长，可以轻易地穿过宇宙，不会受到“星际消光”的影响。再加上对某一颗具体星球的长期观测，根据其在观测期间的运动状态，就可以算出他的过去的时间点。以及位置和距离。最后利用数据积累类概算出银河的大小。

这也就是现代天文学概算的银河的大小，虽然测量结果并不精确，但从整体上讲已经与实际差不多了。因为现在的人类的观测范围已经覆盖了银河系的大部分区域。还因为我们现在可以在宇宙中找到更合适的参考物。毕竟我们现在可以观测到银河系以外的星系，在将对这些星系的运动规律的研究应用的对银河系的推测上并不是一件很难的事情！

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