空中課堂｜銀河系的艱難“認證”-每日焦點
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【資料圖】
來到夏季，我們仰望星空時，頭頂上方有一條南北走向的模糊光帶橫貫夜空，引人矚目。這條泛白的光帶，就是夏季星空的主角之一，銀河。關于銀河，大家都不陌生，盈盈一水間，脈脈不得語，訴說著牛郎織女凄美的愛情故事。
圖1：夜空中矚目的銀河
現在我們已經知道，銀河實際上是一個棒旋星系，主要由核球，銀盤，旋臂，銀暈等組成。蘇軾有詩云：不識廬山真面目，只緣身在此山中。我們身處銀河系中，是如何知道銀河系的形狀的呢？其實，人類對銀河系的認識，還真的經歷了一段曲折的認知歷史。
18世紀末，英國天文學家威廉?赫歇爾經過長期堅持不懈的精密觀測，用恒星計數的方法勾勒了一個銀河系的輪廓，發現我們的銀河系是一個以太陽為中心的扁平圓盤。他假設所有恒星本身都具有一樣的光度，然后根據不同恒星的明暗，來推斷它們與地球的距離。這種假設是相當粗糙的，并不正確，所以他錯誤地推斷說太陽位于銀心附近。
圖2：1785年威廉赫歇爾觀測繪制的銀河系模型手稿（圖中的Fig. 4）
到一戰時期，美國天文學家沙普利研究了當時已經掌握的約100個星團。他假設這些星團在銀河系中是均勻分布的，如果太陽是銀河系的中心，那么從地球上看，這些星團在星空中應該是對稱分布的。
然而沙普利發現球狀星團整體是以人馬座為中心呈球狀分布的。他由此得出了一個在當時看來驚世駭俗的結論：銀河系的中心在人馬座方向，而太陽和整個太陽系都處于銀河系的邊緣，離銀心較遠，大約15kpc，這大大高估了銀河系的范圍。
圖3：沙普利的銀河系模型，黃色代表他觀測的球狀星團，黑色的加號代表太陽的位置。
不論是赫歇爾還是沙普利，他們描繪的銀河系輪廓都是不準確的。導致他們錯誤的一個重要原因是他們都忽略了星際介質的消光作用。在赫歇爾的模型中可以看到，左側有一個分叉，那就是對應的銀心方向。銀心處由于恒星密集，星際介質較多，消光最嚴重，導致赫歇爾觀測到的銀心方向恒星數目最少，也錯誤地以為我們就在銀河系的中心附近。
球狀星團多位于銀暈中，受消光影響較小，所以沙普利比較準確的給出了太陽在銀河系中的相對位置，及銀河系的大致形狀；但球狀星團周圍也是有星際介質的，忽略其消光，就會高估星團的距離，從而高估了銀河系范圍。
后來天文學家發現了星際介質對星光的衰減，認識到了星際消光的存在。隨著三角視差觀測精度的提高及消光的修正，并結合位置、距離、自行和視向速度等，天文學家才慢慢給出了現在銀河系的三維結構。
圖4：銀河系的剖面示意圖
（北京天文館）
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