【原】連太陽系都沒出去過的人類,，是怎么知道銀河系的形狀和大小的,？

魅力科學(xué)君 2022-01-25

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關(guān)于銀河系是什么樣子，相信大家都比較熟悉,，簡單來講,，銀河系是一個棒旋星系，在整體上呈橢圓盤形,，具備一個直徑約為10萬光年的盤面結(jié)構(gòu),，其中有四條清晰的旋臂，而我們太陽系就位于其中一條名為“獵戶座旋臂”的邊緣位置（如下圖所示）,。

正所謂“不識廬山真面目,，只緣身在此山中”，連太陽系都沒出去過的人類,，是怎么知道銀河系的形狀和大小的呢,？

想象一下，假如有一個人站在一個視野開闊的位置上,，手上還有望遠鏡以及可以測量距離的設(shè)備,，那他能不能在不移動位置的情況下，畫出他所在區(qū)域的鳥瞰圖呢,？

答案當(dāng)然是肯定的,，這個人只需要測量出該區(qū)域每個景物的位置和距離，再將它們按比例畫出來就行了,，如果再花點時間的話,，他還可以估算出該區(qū)域的面積，甚至進行3D建模,。

同樣的道理,，宇宙空曠得令人吃驚，銀河系中恒星與恒星的距離都是以多少光年來計算,，所以從理論上來講,，我們?nèi)祟愒谟钪嬷械囊曇耙矐?yīng)該是非常開闊的，在這種情況下,，我們只需要測量出銀河系中每個天體的位置和距離,，就可以建立起銀河系的3D模型，這樣就可以知道銀河系的形狀和大小了。

說起來這個方法其實很簡單,，但說歸說,，實際做起來可就是另外一回事了，其中的困難之處主要有以下幾點,。

一,、“銀盤”的遮擋

我們?nèi)祟愃幍奈恢闷鋵嵤俏挥阢y河系的“盤面”之上，如此一來,，我們的視線就會被銀河系“盤面”上的塵埃和氣體等星際物質(zhì)遮擋,。

上圖是人類用光學(xué)相機在地球上不同位置拍攝到的大量真實照片拼接而成的，可以看到,，從地球的視角來看,，有一大半銀河系（包括銀河系中心區(qū)域）都因為星際物質(zhì)的遮擋而無法觀測到。

二,、星際消光

光學(xué)望遠鏡對天體的觀測依賴于可見光,，然而當(dāng)可見光在傳播時，會被宇宙空間中的氣體,、塵埃等彌漫物質(zhì)部分吸收和散射,，從而造成光度減弱的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為“星際消光”,，它會導(dǎo)致光學(xué)望遠鏡無法準(zhǔn)確測量出地球與目標(biāo)天體之間的距離,。

三、光速和天體運動

由于光速的限制,，我們在宇宙中觀測到的天體,，其實都是它們過去的樣子，另一方面來講,，銀河系中的眾多天體與我們之間的距離有遠有近,，并且隨時都在運動，這兩方面的因素疊加起來,，就會對我們的觀測造成很大的困擾,。

舉個例子，假如恒星A距離我們500光年,，恒星B距離我們1000光年,，那么在我們觀測到的恒星A的位置，其實是它500年前所在的位置,，而恒星B則是它1000年前所在的位置,，這樣就會造成觀測數(shù)據(jù)與實際情況產(chǎn)生500年的時間跨度，這種情況如果處理不好的話,，即使我們能夠準(zhǔn)確地測量出銀河系中每個天體的位置和距離,，也無法正確描述出銀河系的形狀和大小,。

四、銀河系的規(guī)模

這個很好理解,，銀河系擁有數(shù)千億顆恒星,，想要精確測量出每一個天體的位置和距離談何容易。

很明顯,，既然現(xiàn)在的人類已經(jīng)知道了銀河系長啥樣，那就說明上述的困難是被解決了的,，怎么做到的呢,？對于第一個和第二個困難，科學(xué)家們選擇了觀測紅外線波段的電磁波,，這是因為紅外線的波長相對比較長,，它們可以輕易地穿過宇宙空間中的氣體和塵埃，并且?guī)缀醪粫艿健靶请H消光”的影響,。

（圖為在紅外波段拍攝到的銀河系中心區(qū)域）

對于第三個困難,，則可以通過對目標(biāo)天體的位置和速度進行長期觀測，根據(jù)其在觀測期間的運動狀態(tài),，就可以計算出它在過去任意時間點的位置和距離,。

至于第四個困難，就只有用時間來進行數(shù)據(jù)累積了,，實際上,，我們?nèi)祟惸壳安]有做到“精確測量出每一個天體的位置和距離”，這就意味著,，我們所知道的銀河系的形狀和大小,，其實是科學(xué)家根據(jù)已知的觀測數(shù)據(jù)推測出來的，這與銀河系的實際情況可能存在著一定的差距,。

不過從整體上來講,，這種差距應(yīng)該不算大，這主要有兩個原因,，一個原因是人類的觀測范圍已經(jīng)覆蓋了銀河系的大部分區(qū)域,。

還有一個原因則是，我們可以在宇宙找到合適的參考物,，畢竟我們可以直接觀測到銀河系之外的大量星系,，通過觀測和研究這些星系的運行規(guī)律，再將研究結(jié)果應(yīng)用到銀河系的建模工作中,，科學(xué)家就可以更加準(zhǔn)確地描述出銀河系的形狀和大小,。