人类没出过太阳系，是如何知道银河系大小和形状的？

本文来自微信公众号：瞻云（ID：zhanyun2028），作者：瞻云，题图来自：视觉中国

其实人类并不知道银河系的确切形状。目前所知的银河系模型，实际是根据相关观测数据，合理地推测并模拟出来的。

两百多年前，英国的天文学家威廉·赫歇尔，便通过恒星的数量，开始第一次绘制银河系。

赫歇尔是恒星天文学的创始人，人称恒星天文之父，还是一位音乐家。

这个就是赫歇尔根据恒星所绘制的银河系。

我们可以看出，这个银河系极其不规则，和现在所知的银河系形状大相径庭。不过，赫歇尔却是第一个认为银河为恒星系统，同时认为银河系是扁盘状的人，他判定太阳距离银河系中心不远。

不过赫歇尔统计的恒星主要在北天，后来赫歇尔的儿子继承父业，统计了南天的恒星，这个原始银河系模型才逐渐完善。但赫歇尔父子的银河系形状依旧存在各种各样的问题，距离真相还有很长的距离。

赫歇尔父子看不到真实形状的银河系，为什么？

大约有三点原因：

1. 无法确定各个天体之间的相对距离；

2. 存在星际尘埃阻挡星体，存在视野盲区，无法观察；

3. 银河中心存在中心盘（银盘，主要为尘埃和气体），无法穿透，看不到银河系的另一边。

肉眼所见的银河中心盘

二十世纪初，荷兰的天文学家雅各布斯·卡普坦，利用恒星视差，统计了各个恒星的大概距离。

这里简单说一说什么是恒星视差。

恒星视差用通俗的语言来说，就是地球在不同的轨道，近距离的星体（例如太阳），和其他恒星的相对位置自然不同。然后利用三角函数，就能计算出相应星体的距离。

在知道恒星的大致数目，并测量了相应的距离后，雅各布斯·卡普坦便就得到了一个银河系模型。

由于测量的时候是以太阳系为中心，所以雅各布斯·卡普坦的银河系模型的中心是太阳。

同时还得到了相关数据：

银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。

秒差距是一个距离单位，1秒差距大致等于3.26光年。

在雅各布斯·卡普坦的模型里面，已经能够看到恒星集中的弧线（悬臂）。

通过哈勃望远镜对其他星系的观察，再通过相关的测量数据，科学家最终推测出来了银河系的形状。

根据目前的得到数据，银河系为Sb、Sbc或SB(rs)bc

关于对银河系的研究，美国物理科学家哈洛·沙普利另辟蹊径，根据球状星团之间的距离，来研究银河系的结构和大小。

球状星团即银河系早期形成的恒星所组成的星团，每个星团拥有成千上万的恒星。

星团内有一种叫做造父变星的恒星，它们存在光周期，哈洛·沙普利根据光周期变化，测出了星团之间的距离。

根据星团距离，哈洛·沙普利也建立了一个银河系的模型：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距。

不过，因为星际消光（电磁波、尘埃、气体等物质造成光减弱）的存在，沙普利计算出来的银河系数值过大。

后来，通过对恒星和星云的速度观察，科学家最终发现了银河自转，把星际消光考虑进模型之后，一个经典的银河系模型便出现了：

哈洛·沙普利之后，银河系统的相关理论其实已经完备，银河系模型的完善，主要依靠观测技术的逐渐提升。射电、光学、红外线以及X射线等观测技术的出现，还有各种大型天文望远镜，卫星系统等精准测量。随着一些重大发现，银河系模型也在不停地更新和完善：

银河系有四条旋臂，分别命名为矩尺座旋臂和天鹅座旋臂、人马座旋臂、南十字座旋臂和盾牌座旋臂、英仙座旋臂。另外，这个星系不仅仅是螺旋形，还是一个棒旋星云，这个螺旋星系不是像百合花的花瓣那样从一个圆点散发出来，而是从位于星系中心的一个矩形长条的两个较短的边散发。

当前的观测和摄影技术已经能拍摄到这样的银河系：

而这一幅模拟出来的银河系全景，原图像素高达81亿：

对于银河系被星云遮挡，或者被中心盘遮挡的情况，往往会利用视差来测量（地球轨迹不同，遮挡区域会出现变化），如果实在测量不了，就会根据系统进行推测。虽然受人类自身能力所限，我们根本不可能看到银河系的全貌，但可以看到其他星系的全貌。利用其他的星系进行推测，从而大致确定银河系的整体形状。

除了银河系，宇宙的模拟，大致也是如此。

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