作者：SHAO科學傳(chuan) 播團隊（中國科學院上海天文台）

文章來源於(yu) 科學大院公眾(zhong) 號（ID：kexuedayuan）

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大家都知道我們(men) 在銀河係中，不過，人類正確認識銀河係用了上千年的時間，而人類認識到銀河係之外還有著上千億(yi) 個(ge) 和銀河係相近但又不完全相同的星係還不到百年。

那麽(me) 銀河係到底是什麽(me) 樣的？銀河係外的星係又是什麽(me) 樣子？人類對於(yu) 星係的認識經曆了什麽(me) 樣的過程？

星係 （圖片來源：veer）

銀河是條天上的河流嗎？不，銀河是個(ge) 大圓盤

數千年前，人們(men) 對銀河就有了各種各樣的猜想。古希臘神話中人們(men) 認為(wei) 銀河是由天後赫拉的乳汁鋪就而成的；而在中國的神話傳(chuan) 說裏，銀河便是天上的一條河流。

直到伽利略首次將望遠鏡的鏡筒指向銀河，才發現銀河其實是由無數恒星構成的。然而，由於(yu) 身處銀河係之中，人類仍然不清楚銀河的結構，銀河和太陽是什麽(me) 樣的關(guan) 係？

最先對銀河係形狀做出正確推論的是英國科學家賴特（Thomas Wright）和德國哲學家康德。賴特認為(wei) 銀河係是扁平的，太陽也身處其中，康德在賴特的基礎上進一步猜想，銀河是一個(ge) 巨大的、扁平分布的、包含無數恒星的天體(ti) 係統，這些恒星由萬(wan) 有引力束縛在一起，像太陽係一樣圍繞著某個(ge) 中心旋轉。

銀河係結構（麵向）的想象圖

十八世紀後期，英國科學家赫歇爾第一次給出了銀河係形狀的定量估算，他利用自製望遠鏡對銀河係中的恒星進行計數，首次利用觀測數據證明了銀河係是個(ge) 扁平的形狀。

赫歇爾對銀河係形狀的定量估算

今天，我們(men) 對銀河係結構有了更為(wei) 細致的認識。銀河係大致為(wei) 一個(ge) 扁平圓盤，直徑約為(wei) 10萬(wan) 光年，厚度大約為(wei) 1萬(wan) 光年，圓盤上分布了約3000億(yi) 顆恒星，其中，太陽距離銀河係中心大概2.6萬(wan) 光年。此外，在銀河係中心還有一個(ge) 棒狀結構，棒的兩(liang) 端有數條旋臂延伸出來。在銀河係中心居住著一個(ge) 大約430萬(wan) 倍太陽質量的黑洞。

“銀盤”外有啥？短棒、透鏡、橄欖球……

通過望遠鏡，天文學家們(men) 看到了銀河中的恒星，同時，也觀測到了許多雲(yun) 霧狀天體(ti) ——星雲(yun) 。1780年，法國天文學家梅西耶發表了包含110個(ge) 天體(ti) 的星雲(yun) 星團表。

模糊一團的星雲(yun) ，特別是旋渦星雲(yun) ，到底是處於(yu) 銀河係內(nei) 還是處於(yu) 銀河係之外？就此問題，在1920年，美國科學院進行了一次曆史上被記為(wei) “great debate”的學術辯論會(hui) 。在這次辯論中，沙普利認為(wei) 銀河係巨大，旋渦星雲(yun) 在銀河之內(nei) ，銀河係是宇宙的全部；而另一方柯蒂斯則認為(wei) 銀河係不是宇宙的全部，那些星雲(yun) 在銀河之外。這次辯論會(hui) 上，雙方都沒說服對方，但均指出了距離和尺度的測量，是解決(jue) 這個(ge) 問題的關(guan) 鍵。1923年，哈勃用胡克望遠鏡觀測仙女座星雲(yun) （M31），利用M31中造父變星的距離測量證明了M31的距離遠遠大於(yu) 已知銀河係的尺度。

沙普利的球狀星團分布圖 （圖片來源：維基百科）

哈勃在發現和認證了河外星係之後，進一步對河外星係的形態做了係統研究。哈勃發現看上去形態各異的星係可以分為(wei) 三大類，橢圓星係、旋渦星係、不規則星係，此外還存在一種過渡類型--透鏡星係。這種分類方法可以用哈勃音叉圖來概括。

哈勃音叉圖 （圖片來源：維基百科）

第一類橢圓星係，這類星係外形呈正圓形或橢圓形，亮度分布高度集中，沒有明顯的子結構，用英文字母E表示。

橢圓星係 （圖片來源：維基百科）

第二類，旋渦星係，外形中帶有明顯的旋渦結構，英文記為(wei) S。這類星係中心有一個(ge) 明亮的，沒有明顯結構的核球。此外還有一類旋渦星係，其中心有一個(ge) 貫穿核球的短棒結構，記為(wei) 棒旋星係（SB）。

旋渦星係 M31（仙女座大星係） （圖片來源：維基百科）

第三類，不規則星係，是一種外形不規則，沒有明顯旋臂，核等結構的星係，稱為(wei) 不規則星係，記為(wei) Irr。

不規則星係 （圖片來源：維基百科）

透鏡星係，是一種介於(yu) 橢圓星係和旋渦星係之間的星係，記為(wei) S0。這種星係有盤狀結構，但沒有明顯的旋臂，整體(ti) 上呈透鏡狀。如果中心帶有棒狀結構，則稱為(wei) 帶棒透鏡星係，記為(wei) SB0。

透鏡星係ngc2787 （圖片來源：維基百科）

河外星係的哈勃分類是根據二維圖像進行的。這些星係在真實的三維空間中是什麽(me) 樣子的呢？

一般認為(wei) 橢圓星係真實的形狀像個(ge) 橄欖球，如果我們(men) 從(cong) 尖頭看過去，橄欖球看起來像個(ge) 正圓形，如果換個(ge) 角度，則是橢圓形。而旋渦星係的真實形狀則像一個(ge) 盤子，同樣根據我們(men) 視線方向的不同，旋渦星係在觀測中呈現出各種完全不同的樣子。

結語

自哈勃證明星係是宇宙中的“島嶼”之後，天文學家就在不斷研究星係在宇宙中形成和演化的細節，並利用星係來揭曉宇宙的奧秘。伴隨著星係形成和演化整體(ti) 圖像的建立，越來越多的謎團被揭開。星係的種種奧秘，正吸引著一代代天文學家進行更深入的研究。


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