銀河系是我們所在的星系，它包含了數(shù)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(nèi)部探索銀河系，了解它的形狀和結(jié)構(gòu)，以及它是如何形成和演化的。
從銀河系內(nèi)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(shù)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(zhuǎn)，形成了一個扁平的盤狀結(jié)構(gòu)。我們可以把銀河系想象成一個巨大的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)它實際上是由無數(shù)的恒星組成的。他推測這些恒星可能構(gòu)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(xiàn)了更多的天體現(xiàn)象，比如球狀星團和螺旋星云。球狀星團是由數(shù)十萬到數(shù)百萬顆恒星密集地聚集在一起形成的球形結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(nèi)部的結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)了許多奇妙的現(xiàn)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(jié)構(gòu)
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(shù)百個球狀星團的觀測，我們可以得到一個驚人的發(fā)現(xiàn)：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(jié)構(gòu)，而是一個有著兩條明顯臂狀分支的螺旋形結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(jīng)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(shù)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(jù)銀河系的質(zhì)量和平均恒星質(zhì)量來計算。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，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(shù)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(zhì)量和密度。而且，不同類型和年齡的恒星也會有不同的質(zhì)量和亮度，這也會影響我們對恒星數(shù)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(shù)據(jù)和更復雜更精細的計算方法。
本文來自微信公眾號：萬象經(jīng)驗 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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