銀河系是我們所在的星系，它包含了數以億計的恒星、行星、衛(wèi)星、星際氣體和塵埃。我們的太陽和地球就是銀河系中的一部分，但是我們在銀河系中的具體位置是什么樣的呢？要回答這個問題，我們需要從銀河系內部探索銀河系，了解它的形狀和結構，以及它是如何形成和演化的。
從銀河系內部探索銀河系
如果我們站在地球上，抬頭望向夜空，我們可以看到一條明亮的帶狀物，從一邊延伸到另一邊。這就是我們看到的銀河系的一部分，也就是我們所在的銀道。這條銀道實際上是由無數的恒星組成的，它們因為距離太遠而看起來像一片云霧。這些恒星都圍繞著銀河系的中心旋轉，形成了一個扁平的盤狀結構。我們可以把銀河系想象成一個巨大的旋轉的唱片，而我們就在其中一個劃痕上。
早期銀河系理論
人類對于銀河系的認識并不是一開始就很清楚的。在古代，人們認為銀道是由神靈或英雄所留下的痕跡，或者是天上的河流或牛奶。直到 17 世紀末，意大利天文學家伽利略用望遠鏡觀察了銀道，發(fā)現它實際上是由無數的恒星組成的。他推測這些恒星可能構成了一個巨大的星團，而太陽和地球也是其中之一。
球狀星團和螺旋星云
伽利略對于銀河系的觀察開啟了一個新的時代，但是他并沒有完全揭示銀河系的真相。在 18 世紀和 19 世紀，天文學家們發(fā)現了更多的天體現象，比如球狀星團和螺旋星云。球狀星團是由數十萬到數百萬顆恒星密集地聚集在一起形成的球形結構，它們通常分布在銀河系盤面之外。螺旋星云則是由氣體、塵埃和恒星組成的螺旋形結構，它們看起來像是微型的銀河系。
當時有兩種主流的理論來解釋這些現象。一種是島嶼宇宙說，認為螺旋星云是與我們相隔很遠的獨立的星系，而我們所在的銀河系只是其中之一。另一種是螺旋霧說，認為螺旋星云是屬于我們自己的銀河系內部的結構，而我們所在的銀河系是整個宇宙唯一存在的星系。
銀河系是什么形狀
要確定我們所在的銀河系究竟是什么形狀，我們需要知道它的大小和邊界。然而，這并不是一件容易的事情，因為我們是從銀河系內部觀察它的，就像是一只螞蟻在一個大盤子上走來走去，很難看清整個盤子的樣子。我們需要找到一些可以作為參照物的天體，來幫助我們測量銀河系的尺寸和方向。
幸運的是，我們有這樣一些參照物，那就是球狀星團。球狀星團是銀河系中最古老的恒星群體，它們形成于銀河系誕生之初，距今約 130 億年前。它們分布在銀河系盤面之外，形成了一個球形的暈層，包圍著銀河系的中心。由于球狀星團的距離相對穩(wěn)定，我們可以用它們來確定我們相對于銀河系中心的位置和方向。
進入射電望遠鏡
要測量球狀星團的距離，我們需要用到一種特殊的望遠鏡，那就是射電望遠鏡。射電望遠鏡不是用來觀察可見光的，而是用來接收天空中發(fā)出的射電波的。射電波是一種電磁波，它的波長比可見光要長得多，因此可以穿透銀河系內部的氣體和塵埃，而不會被遮擋或散射。這樣就可以讓我們看到更遠更清晰的天體。
射電望遠鏡最早是在 20 世紀 30 年代由美國物理學家卡爾?詹斯基發(fā)明的。他用一個簡單的天線接收器發(fā)現了銀河系中心存在一個強烈的射電源。后來，人們用更大更精密的射電望遠鏡繼續(xù)探索銀河系和其他星系，發(fā)現了許多奇妙的現象，比如脈沖星、夸星、射電星云等。
多普勒效應
要利用射電望遠鏡測量球狀星團的距離，我們需要用到一個重要的物理原理，那就是多普勒效應。多普勒效應是指當一個波源和一個觀察者相對運動時，觀察者接收到的波長會發(fā)生變化。如果波源和觀察者相互靠近，觀察者接收到的波長會變短；如果波源和觀察者相互遠離，觀察者接收到的波長會變長。
多普勒效應不僅適用于聲波，也適用于光波和射電波。當一個天體向我們運動時，它發(fā)出的光或射電波會向藍色移動；當一個天體遠離我們運動時，它發(fā)出的光或射電波會向紅色移動。這種顏色上的變化叫做紅移或藍移。通過測量天體發(fā)出的光或射電波的紅移或藍移，我們就可以知道它相對于我們的速度。
銀河系結構
有了射電望遠鏡和多普勒效應，我們就可以測量球狀星團的距離和速度，從而確定我們相對于銀河系中心的位置和方向。通過對數百個球狀星團的觀測，我們可以得到一個驚人的發(fā)現：我們并不在銀河系的中心，而是在離中心約 2.6 萬光年的地方。而且，我們所在的銀道并不是一個均勻的盤狀結構，而是一個有著兩條明顯臂狀分支的螺旋形結構。這就是我們所在的銀河系的真實面貌。
我們所在的銀河系是一個典型的螺旋星系，它由四個主要部分組成：核心、盤、臂和暈。核心是銀河系的中心區(qū)域，它包含了一個巨大的黑洞和一些老年恒星。盤是銀河系最明顯的部分，它是一個扁平的圓形結構，它包含了大量的年輕恒星、氣體和塵埃。臂是從盤中延伸出來的螺旋形分支，它們是恒星形成的主要場所，也是銀河系最亮麗的部分。暈是銀河系最外層的部分，它是一個球形的結構，它包含了一些古老的恒星和球狀星團。
銀河系中有多少顆恒星
我們已經知道了我們所在的銀河系是什么樣子，那么它里面有多少顆恒星呢？這個問題并不容易回答，因為我們無法數清所有的恒星，只能用一些統(tǒng)計方法來估計。一種常用的方法是根據銀河系的質量和平均恒星質量來計算。根據觀測數據，我們可以估計銀河系中有大約 3.3×10^11 顆恒星。
當然，這個數字只是一個粗略的估計，實際上可能有很大的誤差。因為銀河系中還有很多其他成分，比如黑洞、中子星、行星、氣體、塵埃等，它們都會影響銀河系的質量和密度。而且，不同類型和年齡的恒星也會有不同的質量和亮度，這也會影響我們對恒星數量的判斷。因此，要得到更準確的答案，我們還需要更多更精確的觀測數據和更復雜更精細的計算方法。
本文來自微信公眾號：萬象經驗 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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