銀河:夜空中明亮的光帶-中文百科頻道

曆史探究

自古以來，氣勢磅礴的銀河就是人們十分注意觀察和研究的對象。數千年前，人們對銀河就有了各種各樣的猜想。在中國的神話傳說裡，銀河是天上的一條河流；而古希臘神話中人們認為銀河是由天後赫拉的乳汁鋪就而成。直到伽利略首次将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。

中國著名的神話故事牛郎織女鵲橋相會，這鵲橋就是鋪設在這天河之上。夜空中分處銀河兩邊的牛郎星和織女星特别引人注目。牛郎星是天鷹座中最亮的星，在銀河的東岸。織女星在銀河的西岸，是天琴座中最亮的星。

歐洲人把銀河想像成是天上的神後喂養嬰兒時流淌出來的乳汁形成的，叫它為牛奶路。英文中的銀河就是這麼來的。

美麗的神話故事不能代替準确的科學解釋。望遠鏡發明以後，銀河是什麼的問題得到了正确的答案。17世紀初期，偉大的意大利科學家伽利略把他自己制造的望遠鏡對準了銀河，驚喜地發現銀河原來是由許許多多、密密麻麻的恒星聚集在一起而形成的。由于這些恒星距離地球太遠，人的肉眼分辨不清，把它看成了一條明亮的光帶。

天文位置

夏夜星空中從東北向南橫跨天空的銀河，宛如奔騰的急流，一瀉千裡。迢迢的銀河引起多少美麗的遐想和動人的故事。

其實，一年四季都可以看到銀河，隻不過夏秋之交看到了銀河最明亮壯觀的部分。銀河經過的主要星座有：天鵝座、天鷹座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人馬座、天蠍座、天壇座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圓規座、蒼蠅座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、獵戶座、金牛座、雙子座、禦夫座、英仙座、仙後座和蠍虎座。

銀河在天空明暗不一，寬窄不等。最窄隻4°～5°，最寬約30°。銀河看起來是白茫茫的困擾人們許久，伽利略發明了天文望遠鏡以後，帶着這個不解之謎，把望遠鏡指向銀河，原來銀河是由密集的恒星組成的。這一“帶形”天區的恒星最密集，是因為由1000多億顆恒星組成一個透鏡形的龐大的恒星體系，太陽系就在這個體系之中。人類從太陽系向周圍看到盤狀的邊緣部分呈帶形天區。這個天區的恒星投影最密集，這就是所看到的銀河。這個龐大的恒星體系也由銀河得名，叫銀河系。

肉眼的極限視星等為5.5以上或光污染指數5級以上才能看到銀河，如果肉眼看不到銀河，使用最先進的觀測儀器也很難看到銀河。北半球來說夏季最明顯看到銀河（在天蠍座、人馬座延伸至夏季大三角，甚至仙後座），冬季銀河很黯淡（在獵戶座與大犬座）。

實際上，銀河是銀河系的一部分，銀河系是太陽系所屬的星系。因其主體部分投影在天球上的亮帶被稱為銀河而得名。人類置身其内而側視銀河系時所看到的它布滿恒星的圓面。由于恒星發出的光離地球很遠，數量又多，又與星際塵埃氣體混合在一起，因此看起來就像一條煙霧籠罩着的光帶，十分美麗。

銀河各部分的亮度是不一樣的。靠近銀心的半人馬座方向比其他部分更亮一些。

認識過程

地球與銀河

地球是太陽系裡八個行星之一，而地球與太陽一比，是微不足道的，太陽的體積比地球大一百萬倍，質量約是地球的三十三萬倍。把地球放在太陽的表面，隻是一個小黑點而已，還沒有太陽上的黑子（sunspot）大。

但從宇宙來看太陽不過是銀河系裡一顆極普通的星體，銀河系裡有上千億顆恒星，比太陽質量大幾十倍，光度比太陽強一百萬倍的恒星衆多。銀河之廣更是不可思議，譬如說人類要想到距地球約三萬光年的銀河系的中心去，用光的速度來旅行，在旁觀者眼中也要走三萬多年，由于相對論效應，飛船上的人實際上沒有度過時間(所以看到的遠處的恒星仍舊是它當時的景象)，假設真有這樣一個太空船，人類以光速出發，到達之三萬光年遠時，地球上已是千代子孫。

太陽和其他銀河系的星球也是一樣的繞銀河系的中心旋轉。地球自轉需時一日，月亮繞地球一周需時一月，地球繞太陽一周需時一年，太陽繞銀河系中心一周需時一星系年，一個銀河系年等于二億五千萬年。

銀河系十分巨大，但是在整個宇宙裡，類似銀河的星系有三十億（3,000,000,000）之多，這個空間的直線距離就有十億光年之譜。

凱蔔庭的銀河

十八世紀的大哲學家康德對宇宙的形狀與構造提出有科學價值的猜臆，到十八世紀末葉（1784），英國天文學家赫雪用望遠鏡作了有系統的天文觀測，通過細數天上的星體，得到觀測結果，肯定銀河系的形狀有如扁平的磨石，太陽位于磨石的軸洞裡。十九世紀末葉，荷蘭天文學家凱蔔庭重新開始研究銀河系，他仍采用赫雪數星的方法，因為對星體距離測定的進步，他的數星技術遠步在赫雪之上，他用統計的方法，把銀河系分成若幹重點區域，不計其詳的觀測分析，他花了三十年的時間，最後在瞌目長逝前，發表了他的銀河圖，後來稱作「凱蔔庭宇宙」。

銀心位置争論

銀河系的繁星坐落在一個扁平的圖形中，太陽位居此圖形的中央，凱蔔庭運用那時的觀測技術，定出這個圖形的直徑有二萬三千光年。凱蔔庭的銀河觀在二十世紀初期，是大家一緻同意的，因為他數星的結果，發現星數随距離而遞減。這是一個「太陽非在銀河中央不可」的有力證據。但赫雪與凱蔔庭都用了一個錯誤的假設，他們認為星際光吸可以完全忽略，這一點錯誤使他的結論全部改觀。在銀河系中的星際塵随氫原子氣體運行，充塞在銀河平面之中，這些星際塵能遮蔽星光，所以人們看到銀河系裡繁星點點，其實這些都是比較和太陽接近的星，而在銀河平面中真正遠的星（約15,000光年以上）既使用最大的望遠鏡也難看到。因為星際光吸隻能看到左近的繁星，而且星數也因光吸随距離而遞減，所以錯以為太陽系在銀河中央。

1917年謝甫利開始批判凱蔔庭的銀河觀。他主張銀河系的中心在人馬星座的方向，距離太陽約十萬光年。但并不受天文界的歡迎，最顯明的是四年後凱蔔庭總結他的銀河觀時，并不采用謝甫利的說法。謝甫利并不灰心地搜集更多資料，繼續朝他的主張邁進，在推進的過程中，引起了很多次學術争辯，最有名的是謝甫利與寇提斯1926年的争辯，這個争辯包括二大回合，對銀河系的了解有決定性的影響。第一回合是針對銀河中心與距離。

銀河系組成有一些星成群結隊出現，其中一種叫球狀星團，每一個星團擁有大小星體十萬之衆。這些星體因受重力的束縛，雖橫沖直闖，但是很少能跑出星團範疇之下。小小幾個星成不了氣候，糾成十萬之衆就形成一股勢力，銀河系中這些星團有一百多個，謝甫利發現他們的分布情形如下（一）對銀河平面而言，它們大緻對稱，就是說平面上下數目相等，（二）這些星團集中在人馬星座方向。第一點确定其與銀河系的關系（屬于銀河系），所以1926年，美國天文學會把他們二人安排在華盛頓的科學院公開辯論。結果二人各執一詞堅持不下沒有結果，這問題一直到1930年俄特與林德柏證實太陽繞著人馬星座方向旋轉，才正式解決。第二回合的重點落在渦狀星雲上。

自十九世紀中葉發現了很多的渦狀星雲，大家就開始研究；到底這些星雲是屬于銀河系，或是銀河以外之物，謝甫利主張這些星雲是屬于銀河系的，然而非常不幸，他引用的觀測證據，後來發現都有問題。寇提斯主張渦狀星雲是銀河以外之物。他最重要的理由有二（一）有很多渦狀星雲橫側面對着太陽系，而且都有一個暗黑不透光的陰影橫卧在中央平面上，如果銀河系就是這樣的一個渦狀星雲，那人們見到橫跨天際的天河，便正是一個銀河星系的橫側面，假設渦狀星雲位于銀河之外，朝銀河方向的渦狀星雲便剛好在這陰影背面，就被遮蔽看不見了，朝别的方向，渦狀星雲則不會被遮著看不見。這點正與觀測吻合，銀河方向幾乎沒有渦狀星雲，而其他部分充滿了渦狀星雲。（二）所有渦狀星雲視線速度比普通星體高出多多，他們的自行（即垂直于視線方向的速度）卻很小。謝甫利與寇提斯第二回合之争到赫伯用100英吋的望遠鏡看到渦狀星雲外圍的星體時，才漸漸解決。

銀河自轉

太陽系與銀河中央的關系，到俄特與林德柏證明銀河自轉，才迎刃而解。俄特是荷蘭人，林德柏是瑞典人，他們在一九二六年就開始著手研究銀河自轉。他們的方法是研究太陽系附近的星體運行。最重要的發現是高速星（對太陽的相對速度），大多數離銀河平面較遠，而他們的運行方向呈高度的不對稱，完全集中在一邊。林德柏首先看清楚了這個現象。

他認為銀河星可以按其分布分成更多系統，在銀河平面的星繞銀河中心迅速轉動。分布在銀河上下有相當距離的星則轉動較緩。太陽是屬于前一系統，所以在太陽系看後一系統的星，多半都逆着太陽系走，所以才會有這種不對稱，同時，隻有接近銀河系中心的星轉得比太陽系快，這樣也可觀察出銀河中心的位置，它是在人馬星座方向，憑這理由他支持謝甫利的銀河觀。

俄特更進一步仔細分析屬于太陽系一個系統的星體，他發現太陽系不僅繞著人馬星座轉動，而且這個系統的轉動是裡面快，外面慢的較差轉動，太陽系距銀河中央為一萬秒差距（一秒差距等于3.24光年）太陽公轉速度是每秒鐘二百五十公裡，即每小時九十萬公裡，這雖然很快，但繞銀河中央一周仍須二億五千萬年。

俄特與林德柏雖然奠定了銀河自轉與太陽系附近的較差自轉，但是真正自銀河中央到太陽系以外是如何自轉，到底裡面比外面快多少，依舊茫然無知，一直到二十二年以後，俄特與他的助手用無線電望遠鏡觀測銀河系中氫原子氣體的運行，才弄清楚。銀河系主要成份是星體，占全質量百分之九十五以上，星際之間并不是真空，而充塞了很稀薄氫原子氣體約占全質量百分之四除了氫原子氣體以外，尚有星際塵，宇宙線粒子氫離子氣體以及其他物質。前面提到星際塵能散射星光，所以造成凱蔔庭的錯誤與寇提斯所看到橫卧在渦狀星系的陰影。

普通光學望遠鏡在銀河方向隻能看出五千角差而已（一萬六千光年），對整個銀河的了解，隻有管窺之效。但是無線電波則不然，因為它的波長較長，可以在星際通行無阻，所以自一九三七年詹斯基發現了來自天外的無線電波，使整個天文學大大的邁前了一步。因氫原子中有一個電子繞著一個質子轉動，電子與質子本身都在旋轉。旋轉方向更改便會放出無線電波，波長約21公厘（cm）。

荷蘭天文物理學家萬德赫在一九四四年還是完全用理論預測這個無線電波。但到一九五一年哈佛大學的伊文與普塞果然證實了萬德赫的預測。俄特與萬德赫在荷蘭政府鼎力支持下興建無線電望遠鏡，緻力于銀河系的研究，他們最初的結果在一九五二年開始陸續發表，把銀河自轉，銀河的總質量，最要緊是銀河系的結構問題逐漸弄清楚。銀河自轉與質量是有直接關系，角速度愈近銀河中心愈快，從太陽到銀河中心一半距離時，自轉增加一倍，接近銀河中央而角速度增加數倍不止，根據這個自轉率，銀河質量高度聚集在内部，密度向外遞減。

銀河渦狀結構

100年以前發現了，仙女星座的渦狀星雲，人們懷疑銀河系也有相似結構，之後發現渦狀星雲是河外星系後，人們确定銀河系同樣也有渦狀結構，并想出辦法來确定銀河系的渦狀結構，無線電望遠鏡發明後，結構問題解決了，人們開始探尋渦狀臂問題。德極天文學家巴德首先發現仙女星座星等的ob型新生星，集中在旋渦臂中，這點說明了旋渦臂要比星系其他部位明亮，并且證明星系雖有數百億歲，但新星球卻還在不斷産生中，同時使大家漸漸相信星球是星際氣體凝聚而成。

而銀河平面中的星際光吸的勘定，歸功于莊伯勒，1930年，他發表了對新團的研究結果，證實了這個現象，到1952年莫根和他助手，正确的改正了光吸作用，他們的結果顯明的标識出新生星聚集在三個區域中。最外面區域叫英仙渦臂，中間叫獵戶渦臂，裡面的叫人馬渦臂。太陽位于獵戶渦臂的内側。這證實了銀河系的渦狀結構，遺憾是光學望遠鏡終非星際光吸之敵，超過了五千角差就不能看到了，所以隻能得到局部結構，大結構就非無線電望遠鏡不可了。

同年（一九五二）俄特與萬德赫，發表了他們無線電觀測結果，因為銀河系的較差自轉，裡面快外面慢，利用幾何原理，可以把通過太陽大圓内的銀河自轉率求出來，大圖以外的自轉無法正确求出，但普通采用的外推法有相當的準确性。這樣，建立一個自轉率與中央距離的關系，利用這關系可以大緻定出銀河中氫原子氣體分布。俄特與萬德赫定出銀河系的北半邊的結構，數年後奧洲的克爾觀測了南半邊，很清楚的顯示著渦狀結構；太陽附近的結構大緻與光學觀測結果相同。遠處渦狀體系雖然紊亂，也有脈絡可尋。當然這個渦狀結構并不十分完整，有很多不規則部分，這是渦狀星系普遍現象，銀河系自不例外。

銀河的密度波

星系旋轉一周，大約需兩億五千萬年，所以漩渦臂如何旋轉，無法直接觀測，但知道這些星系都有很強的較差自轉，它造成了一個事實，叫做旋緊矛盾，這成為研究銀河結構理論家的核心問題，瑞典天文學家林德博留意這個問題後，通過計算大量軌道問題，得到經驗，他想到漩渦b也許不是物質，而是密度波的呈現，但他最後并未解決，這一問題到了旅美中國科學家林家翹手上得以解決，林家翹從理論上證實了漩渦密度波的存在，并從天文觀測中找到證據。

密度波可以運用到任何一個渦狀星系上，因為人們對銀河系的知識最周全，所以重點放在銀河系上。根據密度波的理論，可以推算出－個具有二個旋渦臂的波式，這個波式起于四千秒差距，密度波繞銀河中心的角速度叫式速，銀河式速隻有銀河自轉（以太陽為準）的一半，渦臂中總密度比平均密度大十分之一而已，這十分之一主要是由星際氣體與低速星球所造成，因為低速星球多半是新生星，所以渦臂雖然質量并不太多光度卻甚強。

影響生物界

地球（太陽系）繞銀河中心一周的時間是不斷延長的，這說明銀河系是在不斷擴張的。與此同時，太陽系公轉軌道是不斷沿其橢圓的兩圓心連線的延長線拉長的。這說明在銀河系外有相鄰星系對太陽系的吸引力不斷增大。是地球繞銀河中心一周的環境變化，造成了地球上生物的多次大滅絕。

這實質并不是滅絕，而是動物界的一種綜合發展過程。在動物界的分析發展階段，動物種類和數量是不斷增多的。到動物界的分析與綜合發展的質變臨界點上，動物的種類和數量達到最多，然後進入綜合發展階段。在動物界的綜合發展階段，動物的種類是不斷增加的，其個體數量是不斷減少的，但其質量卻是不斷提高的。正因如此，雖然發生了多次動物大滅絕事件，動物界本身非但沒有滅絕，反而越來越興旺繁榮，并産生了高級動物——人類。人類屬于動物界,哺乳綱、靈長目、人科、人屬、智人種。