银河:夜空中明亮的光带-中文百科频道

历史探究

自古以来，气势磅礴的银河就是人们十分注意观察和研究的对象。数千年前，人们对银河就有了各种各样的猜想。在中国的神话传说里，银河是天上的一条河流；而古希腊神话中人们认为银河是由天后赫拉的乳汁铺就而成。直到伽利略首次将望远镜的镜筒指向银河，才发现银河其实是由无数恒星构成的。

中国著名的神话故事牛郎织女鹊桥相会，这鹊桥就是铺设在这天河之上。夜空中分处银河两边的牛郎星和织女星特别引人注目。牛郎星是天鹰座中最亮的星，在银河的东岸。织女星在银河的西岸，是天琴座中最亮的星。

欧洲人把银河想像成是天上的神后喂养婴儿时流淌出来的乳汁形成的，叫它为牛奶路。英文中的银河就是这么来的。

美丽的神话故事不能代替准确的科学解释。望远镜发明以后，银河是什么的问题得到了正确的答案。17世纪初期，伟大的意大利科学家伽利略把他自己制造的望远镜对准了银河，惊喜地发现银河原来是由许许多多、密密麻麻的恒星聚集在一起而形成的。由于这些恒星距离地球太远，人的肉眼分辨不清，把它看成了一条明亮的光带。

天文位置

夏夜星空中从东北向南横跨天空的银河，宛如奔腾的急流，一泻千里。迢迢的银河引起多少美丽的遐想和动人的故事。

其实，一年四季都可以看到银河，只不过夏秋之交看到了银河最明亮壮观的部分。银河经过的主要星座有：天鹅座、天鹰座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人马座、天蝎座、天坛座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圆规座、苍蝇座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、猎户座、金牛座、双子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎虎座。

银河在天空明暗不一，宽窄不等。最窄只4°～5°，最宽约30°。银河看起来是白茫茫的困扰人们许久，伽利略发明了天文望远镜以后，带着这个不解之谜，把望远镜指向银河，原来银河是由密集的恒星组成的。这一“带形”天区的恒星最密集，是因为由1000多亿颗恒星组成一个透镜形的庞大的恒星体系，太阳系就在这个体系之中。人类从太阳系向周围看到盘状的边缘部分呈带形天区。这个天区的恒星投影最密集，这就是所看到的银河。这个庞大的恒星体系也由银河得名，叫银河系。

肉眼的极限视星等为5.5以上或光污染指数5级以上才能看到银河，如果肉眼看不到银河，使用最先进的观测仪器也很难看到银河。北半球来说夏季最明显看到银河（在天蝎座、人马座延伸至夏季大三角，甚至仙后座），冬季银河很黯淡（在猎户座与大犬座）。

实际上，银河是银河系的一部分，银河系是太阳系所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被称为银河而得名。人类置身其内而侧视银河系时所看到的它布满恒星的圆面。由于恒星发出的光离地球很远，数量又多，又与星际尘埃气体混合在一起，因此看起来就像一条烟雾笼罩着的光带，十分美丽。

银河各部分的亮度是不一样的。靠近银心的半人马座方向比其他部分更亮一些。

认识过程

地球与银河

地球是太阳系里八个行星之一，而地球与太阳一比，是微不足道的，太阳的体积比地球大一百万倍，质量约是地球的三十三万倍。把地球放在太阳的表面，只是一个小黑点而已，还没有太阳上的黑子（sunspot）大。

但从宇宙来看太阳不过是银河系里一颗极普通的星体，银河系里有上千亿颗恒星，比太阳质量大几十倍，光度比太阳强一百万倍的恒星众多。银河之广更是不可思议，譬如说人类要想到距地球约三万光年的银河系的中心去，用光的速度来旅行，在旁观者眼中也要走三万多年，由于相对论效应，飞船上的人实际上没有度过时间(所以看到的远处的恒星仍旧是它当时的景象)，假设真有这样一个太空船，人类以光速出发，到达之三万光年远时，地球上已是千代子孙。

太阳和其他银河系的星球也是一样的绕银河系的中心旋转。地球自转需时一日，月亮绕地球一周需时一月，地球绕太阳一周需时一年，太阳绕银河系中心一周需时一星系年，一个银河系年等于二亿五千万年。

银河系十分巨大，但是在整个宇宙里，类似银河的星系有三十亿（3,000,000,000）之多，这个空间的直线距离就有十亿光年之谱。

凯卜庭的银河

十八世纪的大哲学家康德对宇宙的形状与构造提出有科学价值的猜臆，到十八世纪末叶（1784），英国天文学家赫雪用望远镜作了有系统的天文观测，通过细数天上的星体，得到观测结果，肯定银河系的形状有如扁平的磨石，太阳位于磨石的轴洞里。十九世纪末叶，荷兰天文学家凯卜庭重新开始研究银河系，他仍采用赫雪数星的方法，因为对星体距离测定的进步，他的数星技术远步在赫雪之上，他用统计的方法，把银河系分成若干重点区域，不计其详的观测分析，他花了三十年的时间，最后在瞌目长逝前，发表了他的银河图，后来称作「凯卜庭宇宙」。

银心位置争论

银河系的繁星坐落在一个扁平的图形中，太阳位居此图形的中央，凯卜庭运用那时的观测技术，定出这个图形的直径有二万三千光年。凯卜庭的银河观在二十世纪初期，是大家一致同意的，因为他数星的结果，发现星数随距离而递减。这是一个「太阳非在银河中央不可」的有力证据。但赫雪与凯卜庭都用了一个错误的假设，他们认为星际光吸可以完全忽略，这一点错误使他的结论全部改观。在银河系中的星际尘随氢原子气体运行，充塞在银河平面之中，这些星际尘能遮蔽星光，所以人们看到银河系里繁星点点，其实这些都是比较和太阳接近的星，而在银河平面中真正远的星（约15,000光年以上）既使用最大的望远镜也难看到。因为星际光吸只能看到左近的繁星，而且星数也因光吸随距离而递减，所以错以为太阳系在银河中央。

1917年谢甫利开始批判凯卜庭的银河观。他主张银河系的中心在人马星座的方向，距离太阳约十万光年。但并不受天文界的欢迎，最显明的是四年后凯卜庭总结他的银河观时，并不采用谢甫利的说法。谢甫利并不灰心地搜集更多资料，继续朝他的主张迈进，在推进的过程中，引起了很多次学术争辩，最有名的是谢甫利与寇提斯1926年的争辩，这个争辩包括二大回合，对银河系的了解有决定性的影响。第一回合是针对银河中心与距离。

银河系组成有一些星成群结队出现，其中一种叫球状星团，每一个星团拥有大小星体十万之众。这些星体因受重力的束缚，虽横冲直闯，但是很少能跑出星团范畴之下。小小几个星成不了气候，纠成十万之众就形成一股势力，银河系中这些星团有一百多个，谢甫利发现他们的分布情形如下（一）对银河平面而言，它们大致对称，就是说平面上下数目相等，（二）这些星团集中在人马星座方向。第一点确定其与银河系的关系（属于银河系），所以1926年，美国天文学会把他们二人安排在华盛顿的科学院公开辩论。结果二人各执一词坚持不下没有结果，这问题一直到1930年俄特与林德柏证实太阳绕著人马星座方向旋转，才正式解决。第二回合的重点落在涡状星云上。

自十九世纪中叶发现了很多的涡状星云，大家就开始研究；到底这些星云是属于银河系，或是银河以外之物，谢甫利主张这些星云是属于银河系的，然而非常不幸，他引用的观测证据，后来发现都有问题。寇提斯主张涡状星云是银河以外之物。他最重要的理由有二（一）有很多涡状星云横侧面对着太阳系，而且都有一个暗黑不透光的阴影横卧在中央平面上，如果银河系就是这样的一个涡状星云，那人们见到横跨天际的天河，便正是一个银河星系的横侧面，假设涡状星云位于银河之外，朝银河方向的涡状星云便刚好在这阴影背面，就被遮蔽看不见了，朝别的方向，涡状星云则不会被遮著看不见。这点正与观测吻合，银河方向几乎没有涡状星云，而其他部分充满了涡状星云。（二）所有涡状星云视线速度比普通星体高出多多，他们的自行（即垂直于视线方向的速度）却很小。谢甫利与寇提斯第二回合之争到赫伯用100英吋的望远镜看到涡状星云外围的星体时，才渐渐解决。

银河自转

太阳系与银河中央的关系，到俄特与林德柏证明银河自转，才迎刃而解。俄特是荷兰人，林德柏是瑞典人，他们在一九二六年就开始著手研究银河自转。他们的方法是研究太阳系附近的星体运行。最重要的发现是高速星（对太阳的相对速度），大多数离银河平面较远，而他们的运行方向呈高度的不对称，完全集中在一边。林德柏首先看清楚了这个现象。

他认为银河星可以按其分布分成更多系统，在银河平面的星绕银河中心迅速转动。分布在银河上下有相当距离的星则转动较缓。太阳是属于前一系统，所以在太阳系看后一系统的星，多半都逆着太阳系走，所以才会有这种不对称，同时，只有接近银河系中心的星转得比太阳系快，这样也可观察出银河中心的位置，它是在人马星座方向，凭这理由他支持谢甫利的银河观。

俄特更进一步仔细分析属于太阳系一个系统的星体，他发现太阳系不仅绕著人马星座转动，而且这个系统的转动是里面快，外面慢的较差转动，太阳系距银河中央为一万秒差距（一秒差距等于3.24光年）太阳公转速度是每秒钟二百五十公里，即每小时九十万公里，这虽然很快，但绕银河中央一周仍须二亿五千万年。

俄特与林德柏虽然奠定了银河自转与太阳系附近的较差自转，但是真正自银河中央到太阳系以外是如何自转，到底里面比外面快多少，依旧茫然无知，一直到二十二年以后，俄特与他的助手用无线电望远镜观测银河系中氢原子气体的运行，才弄清楚。银河系主要成份是星体，占全质量百分之九十五以上，星际之间并不是真空，而充塞了很稀薄氢原子气体约占全质量百分之四除了氢原子气体以外，尚有星际尘，宇宙线粒子氢离子气体以及其他物质。前面提到星际尘能散射星光，所以造成凯卜庭的错误与寇提斯所看到横卧在涡状星系的阴影。

普通光学望远镜在银河方向只能看出五千角差而已（一万六千光年），对整个银河的了解，只有管窥之效。但是无线电波则不然，因为它的波长较长，可以在星际通行无阻，所以自一九三七年詹斯基发现了来自天外的无线电波，使整个天文学大大的迈前了一步。因氢原子中有一个电子绕著一个质子转动，电子与质子本身都在旋转。旋转方向更改便会放出无线电波，波长约21公厘（cm）。

荷兰天文物理学家万德赫在一九四四年还是完全用理论预测这个无线电波。但到一九五一年哈佛大学的伊文与普塞果然证实了万德赫的预测。俄特与万德赫在荷兰政府鼎力支持下兴建无线电望远镜，致力于银河系的研究，他们最初的结果在一九五二年开始陆续发表，把银河自转，银河的总质量，最要紧是银河系的结构问题逐渐弄清楚。银河自转与质量是有直接关系，角速度愈近银河中心愈快，从太阳到银河中心一半距离时，自转增加一倍，接近银河中央而角速度增加数倍不止，根据这个自转率，银河质量高度聚集在内部，密度向外递减。

银河涡状结构

100年以前发现了，仙女星座的涡状星云，人们怀疑银河系也有相似结构，之后发现涡状星云是河外星系后，人们确定银河系同样也有涡状结构，并想出办法来确定银河系的涡状结构，无线电望远镜发明后，结构问题解决了，人们开始探寻涡状臂问题。德极天文学家巴德首先发现仙女星座星等的ob型新生星，集中在旋涡臂中，这点说明了旋涡臂要比星系其他部位明亮，并且证明星系虽有数百亿岁，但新星球却还在不断产生中，同时使大家渐渐相信星球是星际气体凝聚而成。

而银河平面中的星际光吸的勘定，归功于庄伯勒，1930年，他发表了对新团的研究结果，证实了这个现象，到1952年莫根和他助手，正确的改正了光吸作用，他们的结果显明的标识出新生星聚集在三个区域中。最外面区域叫英仙涡臂，中间叫猎户涡臂，里面的叫人马涡臂。太阳位于猎户涡臂的内侧。这证实了银河系的涡状结构，遗憾是光学望远镜终非星际光吸之敌，超过了五千角差就不能看到了，所以只能得到局部结构，大结构就非无线电望远镜不可了。

同年（一九五二）俄特与万德赫，发表了他们无线电观测结果，因为银河系的较差自转，里面快外面慢，利用几何原理，可以把通过太阳大圆内的银河自转率求出来，大图以外的自转无法正确求出，但普通采用的外推法有相当的准确性。这样，建立一个自转率与中央距离的关系，利用这关系可以大致定出银河中氢原子气体分布。俄特与万德赫定出银河系的北半边的结构，数年后奥洲的克尔观测了南半边，很清楚的显示著涡状结构；太阳附近的结构大致与光学观测结果相同。远处涡状体系虽然紊乱，也有脉络可寻。当然这个涡状结构并不十分完整，有很多不规则部分，这是涡状星系普遍现象，银河系自不例外。

银河的密度波

星系旋转一周，大约需两亿五千万年，所以漩涡臂如何旋转，无法直接观测，但知道这些星系都有很强的较差自转，它造成了一个事实，叫做旋紧矛盾，这成为研究银河结构理论家的核心问题，瑞典天文学家林德博留意这个问题后，通过计算大量轨道问题，得到经验，他想到漩涡b也许不是物质，而是密度波的呈现，但他最后并未解决，这一问题到了旅美中国科学家林家翘手上得以解决，林家翘从理论上证实了漩涡密度波的存在，并从天文观测中找到证据。

密度波可以运用到任何一个涡状星系上，因为人们对银河系的知识最周全，所以重点放在银河系上。根据密度波的理论，可以推算出－个具有二个旋涡臂的波式，这个波式起于四千秒差距，密度波绕银河中心的角速度叫式速，银河式速只有银河自转（以太阳为准）的一半，涡臂中总密度比平均密度大十分之一而已，这十分之一主要是由星际气体与低速星球所造成，因为低速星球多半是新生星，所以涡臂虽然质量并不太多光度却甚强。

影响生物界

地球（太阳系）绕银河中心一周的时间是不断延长的，这说明银河系是在不断扩张的。与此同时，太阳系公转轨道是不断沿其椭圆的两圆心连线的延长线拉长的。这说明在银河系外有相邻星系对太阳系的吸引力不断增大。是地球绕银河中心一周的环境变化，造成了地球上生物的多次大灭绝。

这实质并不是灭绝，而是动物界的一种综合发展过程。在动物界的分析发展阶段，动物种类和数量是不断增多的。到动物界的分析与综合发展的质变临界点上，动物的种类和数量达到最多，然后进入综合发展阶段。在动物界的综合发展阶段，动物的种类是不断增加的，其个体数量是不断减少的，但其质量却是不断提高的。正因如此，虽然发生了多次动物大灭绝事件，动物界本身非但没有灭绝，反而越来越兴旺繁荣，并产生了高级动物——人类。人类属于动物界,哺乳纲、灵长目、人科、人属、智人种。