如何测量我们在银河系的位置

银河系是我们所在的星系，它包含了数以亿计的恒星、行星、卫星、星际气体和尘埃。我们的太阳和地球就是银河系中的一部分，但是我们在银河系中的具体位置是什么样的呢？要回答这个问题，我们需要从银河系内部探索银河系，了解它的形状和结构，以及它是如何形成和演化的。

从银河系内部探索银河系

如果我们站在地球上，抬头望向夜空，我们可以看到一条明亮的带状物，从一边延伸到另一边。这就是我们看到的银河系的一部分，也就是我们所在的银道。这条银道实际上是由无数的恒星组成的，它们因为距离太远而看起来像一片云雾。这些恒星都围绕着银河系的中心旋转，形成了一个扁平的盘状结构。我们可以把银河系想象成一个巨大的旋转的唱片，而我们就在其中一个划痕上。

早期银河系理论

人类对于银河系的认识并不是一开始就很清楚的。在古代，人们认为银道是由神灵或英雄所留下的痕迹，或者是天上的河流或牛奶。直到 17 世纪末，意大利天文学家伽利略用望远镜观察了银道，发现它实际上是由无数的恒星组成的。他推测这些恒星可能构成了一个巨大的星团，而太阳和地球也是其中之一。

球状星团和螺旋星云

伽利略对于银河系的观察开启了一个新的时代，但是他并没有完全揭示银河系的真相。在 18 世纪和 19 世纪，天文学家们发现了更多的天体现象，比如球状星团和螺旋星云。球状星团是由数十万到数百万颗恒星密集地聚集在一起形成的球形结构，它们通常分布在银河系盘面之外。螺旋星云则是由气体、尘埃和恒星组成的螺旋形结构，它们看起来像是微型的银河系。

当时有两种主流的理论来解释这些现象。一种是岛屿宇宙说，认为螺旋星云是与我们相隔很远的独立的星系，而我们所在的银河系只是其中之一。另一种是螺旋雾说，认为螺旋星云是属于我们自己的银河系内部的结构，而我们所在的银河系是整个宇宙唯一存在的星系。

银河系是什么形状

要确定我们所在的银河系究竟是什么形状，我们需要知道它的大小和边界。然而，这并不是一件容易的事情，因为我们是从银河系内部观察它的，就像是一只蚂蚁在一个大盘子上走来走去，很难看清整个盘子的样子。我们需要找到一些可以作为参照物的天体，来帮助我们测量银河系的尺寸和方向。

幸运的是，我们有这样一些参照物，那就是球状星团。球状星团是银河系中最古老的恒星群体，它们形成于银河系诞生之初，距今约 130 亿年前。它们分布在银河系盘面之外，形成了一个球形的晕层，包围着银河系的中心。由于球状星团的距离相对稳定，我们可以用它们来确定我们相对于银河系中心的位置和方向。

进入射电望远镜

要测量球状星团的距离，我们需要用到一种特殊的望远镜，那就是射电望远镜。射电望远镜不是用来观察可见光的，而是用来接收天空中发出的射电波的。射电波是一种电磁波，它的波长比可见光要长得多，因此可以穿透银河系内部的气体和尘埃，而不会被遮挡或散射。这样就可以让我们看到更远更清晰的天体。

射电望远镜最早是在 20 世纪 30 年代由美国物理学家卡尔・詹斯基发明的。他用一个简单的天线接收器发现了银河系中心存在一个强烈的射电源。后来，人们用更大更精密的射电望远镜继续探索银河系和其他星系，发现了许多奇妙的现象，比如脉冲星、夸星、射电星云等。

多普勒效应

要利用射电望远镜测量球状星团的距离，我们需要用到一个重要的物理原理，那就是多普勒效应。多普勒效应是指当一个波源和一个观察者相对运动时，观察者接收到的波长会发生变化。如果波源和观察者相互靠近，观察者接收到的波长会变短；如果波源和观察者相互远离，观察者接收到的波长会变长。

多普勒效应不仅适用于声波，也适用于光波和射电波。当一个天体向我们运动时，它发出的光或射电波会向蓝色移动；当一个天体远离我们运动时，它发出的光或射电波会向红色移动。这种颜色上的变化叫做红移或蓝移。通过测量天体发出的光或射电波的红移或蓝移，我们就可以知道它相对于我们的速度。

银河系结构

有了射电望远镜和多普勒效应，我们就可以测量球状星团的距离和速度，从而确定我们相对于银河系中心的位置和方向。通过对数百个球状星团的观测，我们可以得到一个惊人的发现：我们并不在银河系的中心，而是在离中心约 2.6 万光年的地方。而且，我们所在的银道并不是一个均匀的盘状结构，而是一个有着两条明显臂状分支的螺旋形结构。这就是我们所在的银河系的真实面貌。

我们所在的银河系是一个典型的螺旋星系，它由四个主要部分组成：核心、盘、臂和晕。核心是银河系的中心区域，它包含了一个巨大的黑洞和一些老年恒星。盘是银河系最明显的部分，它是一个扁平的圆形结构，它包含了大量的年轻恒星、气体和尘埃。臂是从盘中延伸出来的螺旋形分支，它们是恒星形成的主要场所，也是银河系最亮丽的部分。晕是银河系最外层的部分，它是一个球形的结构，它包含了一些古老的恒星和球状星团。

银河系中有多少颗恒星

我们已经知道了我们所在的银河系是什么样子，那么它里面有多少颗恒星呢？这个问题并不容易回答，因为我们无法数清所有的恒星，只能用一些统计方法来估计。一种常用的方法是根据银河系的质量和平均恒星质量来计算。根据观测数据，我们可以估计银河系中有大约 3.3×10^11 颗恒星。

当然，这个数字只是一个粗略的估计，实际上可能有很大的误差。因为银河系中还有很多其他成分，比如黑洞、中子星、行星、气体、尘埃等，它们都会影响银河系的质量和密度。而且，不同类型和年龄的恒星也会有不同的质量和亮度，这也会影响我们对恒星数量的判断。因此，要得到更准确的答案，我们还需要更多更精确的观测数据和更复杂更精细的计算方法。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang

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