我們?cè)阢y河系中的位置是怎樣找到的

蘇光路

以銀河系的眼光看地球，我們的家園也就是一小片飄零的草葉，借助超級(jí)颶風(fēng)也難發(fā)出輕微的聲響，人類更是渺小到可忽略不計(jì)的地步了。是智慧賦予我們洞察蒼穹的渴望與能力，雖然在體量上沒(méi)有可比性，但是在對(duì)彼此的認(rèn)知與探索上，主動(dòng)權(quán)永遠(yuǎn)掌握在我們手上。

我們知道地球是球形的，因?yàn)樘龅厍虻男l(wèi)星可以為我們拍到地球的照片。可直到現(xiàn)在，人類的探測(cè)器也才剛剛跨越太陽(yáng)系邊緣，人類仍然無(wú)法預(yù)料自己何時(shí)才能跳出銀河系，涉足河外星系。那么，銀河系的真面目，到底是怎樣被科學(xué)家逐一還原的呢？

有天文觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)的人知道，夜幕下仰望蒼穹，我們看到的只是天空中的一條銀色飄帶，由于被大地?fù)踝×艘暰€，這并不是銀河的整個(gè)側(cè)面。銀河側(cè)面完整的景象是天文望遠(yuǎn)鏡升入太空后才觀察到的，那景象十分壯觀：整個(gè)天空就像一個(gè)大圓球包圍著我們，一條扁平細(xì)長(zhǎng)的銀色條帶環(huán)繞整個(gè)天際，這道銀河把圓球形的天空一分為二，每一半都是個(gè)半球！這讓我們覺(jué)得地球是被銀河系環(huán)繞著的。由此，天文學(xué)家推測(cè)銀河系側(cè)面是扁平的，根據(jù)飄帶的形狀猜想，銀河系的側(cè)面應(yīng)該是扁平而中間微凸的形象，很像一個(gè)凸透鏡的側(cè)面。

準(zhǔn)確命名有反復(fù)

隨著空間探測(cè)科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)星系不外乎這樣幾個(gè)類型。首先是橢圓形狀的，叫作“橢圓星系”，其特點(diǎn)是從哪個(gè)方向看它都是橢圓形的，就像一枚鴨蛋一樣。銀河系側(cè)面是扁平的，顯然不屬于橢圓星系。其次是旋渦形狀的，叫作“旋渦星系”。旋渦星系的側(cè)面就像個(gè)凸透鏡，扁平而中間鼓凸，與銀河系的側(cè)面一樣。由此，科學(xué)家猜測(cè)，銀河系很可能是旋渦星系。其他還有透鏡星系、圓盤星系和形狀怪異的罕見(jiàn)星系，就外形而言，它們均與銀河系不搭界。

天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，有很多旋渦星系或透鏡星系的中心都有個(gè)中間粗兩頭稍尖的棒子形狀。天文學(xué)家當(dāng)時(shí)雖然還不知道星系中心的“棒子”是怎么形成的，但根據(jù)星系之間的聯(lián)系，天文學(xué)家推測(cè)銀河系的中心很可能也橫亙著一根巨型“棒子”。

談到近年來(lái)天文學(xué)的巨大成就，就不能不提哈勃空間望遠(yuǎn)鏡和后來(lái)的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡。2016年4月，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了距離我們134億光年之遙的GN-z11星系。這是人類當(dāng)時(shí)能夠探測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的星系。在此之前，人類能看到的最遠(yuǎn)星系距離我們132億光年，而GN-z11星系距離我們有134億光年。134億光年是啥概念？它意味著我們看到的GN-z11其實(shí)是它134億年前的樣子，那時(shí)候大爆炸才剛剛發(fā)生了4億年。它發(fā)出的光，在宇宙中走了134億年，才被我們捕捉到。這讓我們距離揭開(kāi)宇宙大爆炸之謎又向前邁進(jìn)了一大步。

是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡為我們展現(xiàn)了億萬(wàn)光年之外的神秘星界，給人類天文學(xué)插上了騰飛的翅膀。

12年前，也就是斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡升空兩年后，它探測(cè)到了銀河系在紅外光下的清晰形象。由于紅外線更容易透過(guò)氣體和塵埃，因此銀河中心的景象就展現(xiàn)在斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡中。科學(xué)家根據(jù)銀河系更真實(shí)的側(cè)面形狀清楚看到，銀河中心不僅有個(gè)“棒子”，而且還是兩根。銀河系其實(shí)是旋渦星系中的一類——棒旋星系。中心有“棒子”的星系一般只有兩個(gè)較大的旋臂，銀河系便是。據(jù)此，天文學(xué)家為銀河系給出的確切稱謂是——有兩個(gè)大旋臂的棒旋星系。

先確定銀河系的中心是關(guān)鍵

早在一個(gè)多世紀(jì)前，天文學(xué)家就達(dá)成這樣的共識(shí)：我們的地球乃至整個(gè)太陽(yáng)系就處于銀河系中心的位置。根據(jù)是，如果我們是在銀河系的邊緣部位，那么在地球上看到的星星分布，肯定是一側(cè)比另一側(cè)密集；如果我們是在銀河系的中心部位，那么環(huán)顧四周，星星的分布密度肯定差不多。這就像我們身在樹(shù)林中，如果位于樹(shù)林的邊緣地帶，那么朝四周看，一邊看到的可能也就是稀疏的幾棵，而朝另一個(gè)方向看，看到的則是密如屏障的叢林。

后來(lái)科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，銀河盤內(nèi)還分布著大量氣體和塵埃，使浩渺銀河看起來(lái)就宛如一個(gè)超級(jí)迷宮。這無(wú)疑增加了在銀河系盤面上確定地球位置的難度。

宏觀世界的難題常常受到微觀世界的啟迪。以原子為例，它周圍的電子運(yùn)動(dòng)也好像沒(méi)有規(guī)律，但都是以原子核為中心，也就是電子云有個(gè)中心，這中心就是原子核。那銀河系也一定有個(gè)中心，所有恒星都會(huì)圍繞它運(yùn)動(dòng)。找到這個(gè)中心后，以中心為基準(zhǔn)，再尋覓我們的位置就容易了。

天文學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)了一種叫“銀暈”的光暈，就是銀河系的中心。銀河系中的星團(tuán)看似各自為政，不相關(guān)聯(lián)，但是能看出它們都在圍繞一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)；而且越靠近這個(gè)點(diǎn)，球狀星團(tuán)的密度就越大，數(shù)量也越多，于是在它們圍繞的那個(gè)點(diǎn)周圍形成了一個(gè)球形的光暈，這就叫“銀暈”。一般的星系中心都由一個(gè)球狀星團(tuán)組成的光暈包圍著。很顯然，這些球狀星團(tuán)圍繞的那個(gè)點(diǎn)。就是球形光暈的中心，就是銀河系中心！

找到了銀河系的中心，就等于找到了綱。綱舉目張，接下來(lái)的事情就好辦了。有了造父變星這個(gè)好幫手，剩下的工作就是縝密計(jì)算了。造父變星是一類高光度周期性脈動(dòng)變星，也就是其亮度隨時(shí)間呈周期性變化。它的光變周期（即亮度變化一周的時(shí)間）與它的光度成正比，根據(jù)造父變星周光關(guān)系可以確定星團(tuán)、星系的距離，因此它被天文學(xué)家譽(yù)為“量天尺”。

首先，銀河系中心上方的某個(gè)星團(tuán)與地球的距離可以推算出來(lái)，之后根據(jù)三角關(guān)系就可以算出銀河系中心與地球間的基本距離了。

經(jīng)過(guò)先計(jì)算后印證，印證后再計(jì)算的方法，我們總算知道了地球所處的太陽(yáng)系位于銀河系盤面內(nèi)，距離銀河系中心2.6萬(wàn)至2.87萬(wàn)光年。

科學(xué)家還以銀暈中垂直于盤面運(yùn)動(dòng)的球狀星團(tuán)為參照，算出太陽(yáng)系圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)的速度。因?yàn)檫@些球狀星團(tuán)是垂直于盤面運(yùn)動(dòng)的，可以看作是豎在銀河系盤面的一根標(biāo)桿，從而可以算出太陽(yáng)系圍繞銀河系中心的運(yùn)轉(zhuǎn)速度大約是220千米/秒，也就是太陽(yáng)系圍繞銀河系中心轉(zhuǎn)一圈需要2.3億年時(shí)間。