银河系

银河系是太阳系所在的恒星系统，包括1500~4000亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃，它的可见总质量是太阳质量的2100亿倍。

银河系

过去银河系被认为与仙女座星系一样是一个

银河系成长之谜：自内而外生长

2014年1月，据国外媒体报道，欧洲空间局成功发射了盖亚探测器，其最大的特点是搭载了号称十亿像素阵列的超级相机，可对银河系内十亿颗恒星进行观测，绘制出前所未有的银河系恒星分布地图，该项目还与欧洲南方天文台联合展开对银河系的调查，现在科学家通过该项目发现银河系的形成过程可能是由内而外的，显示了银河系演化调查的最新成果。

银河系

为了洞察银河系的演化史，科学家使用了元素跟踪的方法，通过对镁元素的跟踪来揭示银河系不同结构的形成过程，研究结果显示银河系内部区域的恒星集群属于第一批形成的天体，此后银河系开始不断扩大体积，而且在漫长的演化过程中还出现了星系合并事件，并最终演化成我们现在看到的模样，现在的银河系直径可达到10万光年以上。

最新的证据显示当前的银河系来自由内而外的演化，进行本项研究的科学家为一支国际调查小组，他们对银河系中央圆盘附近的天体集群进行了调查，准确推算其元素的特性和分布，并测量的

银河系外形是一个中间厚，边缘薄的扁平盘状体。银河系的主要物质都密集在这个盘状结构里，称为银盘。银盘是银河系的主体，从正面看犹如急流中的旋涡形，从侧面看类似一个投掷的铁饼。银盘的直径约8万光年，中央厚约1万光年，边缘厚约3000～6000光年。太阳位于银盘的边缘，距银心约3．3万光年，在银道面以北约26光年。

银河系结构示意图

银盘外面由稀疏的恒星和星际物质组成一个球状体，包围着银盘，这个球状体叫银晕，银晕直径约10万光年。银河系的总质量约1400亿个太阳质量，其中恒星的质量占总质量的约90％，星际物质占约10％。射电天文观测进一步探明银河系结构，现己发现银河系在自身的旋转运动中有四条旋臂，它们是人马臂、猎户臂、英仙臂，在银心方向还发现一条叫3000秒差距臂。太阳位于猎户臂的内侧（图：从正面看银河系）。旋臂是由气体和尘埃物质混杂的区域。如此巨大的恒星体系也在自转。在太阳的位置，银河系物质以每秒250千米的速度绕银心一周约2．5亿年。现在已知，银河系中心为一个球状体，这个球状体有剧烈的活动，有大量气体从银心向外扩张着。银心是一个很强的射电源和高能辐射源，银心的质量约相当于几百万个太阳质量。

太阳是银河系中的一颗恒星。银河的中心线大体上是天球上的一个大圆，这表明太阳离银河系对称面不远。根据太阳附近的恒星分布，可以算出太阳离星系的对称面有多远。目前公认的值是太阳位于对称面以北8秒差距。银河系中约有2000亿颗恒星，主要分布在一个中央凸起的扁平的圆盘上，盘的直径约为8万光年。恒星在盘内的分布不是均匀的，其中恒星分布比较密集的区域，中央呈扁球状，四周则形成旋涡状。这种旋涡状的恒星密集区域，称为旋臂。

科学家发现银河系经历了漫长的过程。

1750年，英国天文学家赖特（Wright Thomas）认为银河系是扁平的。

银河系

1755年，德国哲学家康德提出了恒星和银河之间可能会组成一个巨大的天体系统；随后的德国数学家郎伯特（Lambert Johann heinrich）也提出了类似的假设。

1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳用“数星星”的方法绘制了一张银河图，在赫歇耳的银河图里，银河系是偏平的，被群星环绕，其长度为7000光年，宽1400光年。我们的太阳处在银河系的中心，这是人类建立的第一个银河系模型，它虽然很不完善，但使人类的视野从太阳系扩展到银河系广袤的恒星世界中。

1845年，罗斯勋爵发现第一个漩涡星系M51。

1852年，美国天文学家史帝芬．亚历山大声称银河系是一个旋涡星系，却拿不出证据加以证明。

1869年，英国天文学作家理查．普洛托克提出相同的见解，但一样无法证实。

1900年，荷兰天文学作家科内利斯．伊斯顿公布银河系漩涡结构图，然而旋臂及银心都画错了。

1904年，恒星光谱中电离钙谱线的发现，揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究，证认出星云中的气体和尘埃成分。

1905年，赫茨普龙发现恒星有巨星和矮星之分。

1906年，卡普坦为了重新研究恒星世界的结构，提出了“选择星区”计划，后 人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与F.W.赫歇耳的类似的模型，也是一个扁平系统，太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。在假设没有明显星际消光的前提下，于1918年建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。到二十年代，沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应，沙普利把银河系估计过大。到1930年，特朗普勒证实星际物质存在后，这一偏差才得到纠正。

1913年，赫罗图问世后，按照光谱型和光度两个参量，得知除主序星外，还有超巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。科内利斯．伊斯顿再度公布错误的银河系漩涡结构图。

1917年，美国天文学家沙普利（Harlow Shapley）用威尔逊山天文台的2.5米反射望远镜研究当时已知的100个球状星团，通过观测其中的造父变星来确定这些球状星团的距离。

1922～1924年美国天文学家哈勃发现，星云并非都在银河系内。哈勃在分析M31仙女座大星云一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。

1926年，瑞典天文学家林得·布拉德（Lindblad Bertil）分析出银河系也在自转。

1927年，荷兰天文学家奥尔特定量地测出了银河系的较差自转，进一步证明太阳确实不在银河系中心。

1929年，荷兰天文学家巴特．博克计划使用恒星计数法探测银河系的结构，十多年后宣告失败。

1931年，巴德于威尔逊山天文台工作，并开始发展星族的概念。

1943年，威廉．摩根（William Morgan）与光谱学家飞利浦．基南共同发表一套完整的光谱图集来描述各种不同光谱型和光度级的恒星之光谱特征，称为MK（摩根—基南）分类系统。

1944年，巴德通过仙女星系的观测，判明恒星可划分为星族Ⅰ和星族Ⅱ两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金属的天体，分布在旋臂上，与星际物质成协。星族Ⅱ是年老而贫金属的天体，没有向银道面集聚的趋向。

1947年，利用MK系统来描绘银河系的旋臂。

1950年，用49个OB型单星及三个OB型星群的距离，无法显现出清楚的旋臂结构。同时受到巴德的启发改而观测描绘银河系中的HII区，并用位于其中的OB型星来定出距离。通过电波观测，发现银河系的星际空间存在着大量气体，尤其是中性氢，它们几乎遍布整个银河系，这些气体发射波长为21厘米的电波。当人们弄清楚了这些中性氢气云在银河系中的分布后，他们便推测了银河系的大致形状，认为那是一个旋窝星系。

1951年，科学家首次发现银河系有3条旋臂。将HII区的位置画在银河系图上，揭示了两个旋臂，分别是猎户臂及英仙臂，并在同年美国天文学会年会上发表，证明了银河系属于漩涡星系型态。

1957年，根据金属含量、年龄、空间分布和运动特征，进而将两个星族细分为中介星族Ⅰ、旋臂星族（极端星族Ⅰ）、盘星族、中介星族Ⅱ和晕星族（极端星族Ⅱ）。

1964年，美籍华裔科学家林家翘与徐遐生提出旋涡星系螺旋臂的维持密度波理论，初步解释了旋臂的稳定性，他们建议螺旋臂只是螺旋密度波的显示。

二十世纪七八十年代，人们探测银河系一氧化碳分子的分布，又发现了第四条旋臂，它跨越狐狸座和天鹅座。1976 年，两位法国天文学家绘制出这四条旋臂在银河系中的位置，分别是圆规座旋臂、盾牌座-半人马座旋臂、人马座旋臂和英仙座旋臂。

1971年，英国天文学家林登·贝尔和马丁·内斯分析了银河系中心区的红外观测和其他性质，指出银河系中心的能源应是一个黑洞。

1982年，美国天文学家贾纳斯和艾德勒完成对银河系434 个银河星图的图表绘制，发表了每个星团的距离和年龄数字。他们发现，银河系并没有旋涡结构，而只是一小段一小段地零散旋臂，漩涡只是一种“幻影”，这里因为银河系各处产生的恒星总是沿银河系旋转方向形成一种“串珠”。而不断产生的新恒星连续地显现着涡旋的幻影。

1989年，太阳离银心到底有多远？这个所谓的“银心距”，对于银河系来说，是个基本的和重要的参数。自1918年以后的70来年间，一直有人根据球状星团的空间分布等方式进行探讨。许多人设法运用不同的方式研究。科学家们得出的数值不相同，最小为22800光年，最大为27700光年。1989年得出的结果是24400光年，上下可能各有3000光年的误差。照这样说来，太阳和太阳系天体都在银河系中比较靠近中间的地方。

2004年，天文学家使用甚大望远镜（VLT）的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究，首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进了2至3亿年，因而估计球状星团的年龄在134±8亿岁，因此银河系的年龄不会低于136±8亿岁。

2005年，科学家用斯皮策（史匹哲）红外太空望远镜对银河系中心进行了一次全景式扫描，他们分析了扫描得到的数据后认为，银河系的中心是一个棒状结构。天文学家说，这个棒状体长约2.7万光年，比早先的猜测长7000光年，它所指的方向相对于太阳和银心连线之间的夹角约为45度。这一研究成果证实了早先人们对银河系形状的猜想：银河系不是一个简单的旋涡星系，而是一个有棒状星核的SBc棒旋星系（旋臂宽松的棒旋星系），总质量大约是太阳质量的6,000亿至30,000亿倍。有大约1,000亿颗恒星。银河的盘面估计直径为100,000光年，太阳至银河中心的距离大约是26,000光年，盘面在中心向外凸起。

2006年，银河系银晕的外面还有一个范围更大的 物质分布区——暗晕，那是现今科学家们十分关注的地方，因为暗晕中可能存在着大量的暗物质。2006年1月，科学家宣布说，他们已证实银河系发生了弯曲变形，而导致其变形的力量来自环绕其外围的暗物质激荡。科学家解释说，暗物质虽然看不见，但它们的质量可能是银河系中可见物质的20倍，所以对银河系中天体的影响是不可小视的。

2008年，另外一个令人关注的问题是“人马座A*（Sagittarius A*）”：一个让人困惑多年的位于银心的射电发射源。天文学家一直怀疑那是存在于银河系中心的巨大黑洞，但始终没得到确凿的证实。2008年，科学家宣布说，他们通过观测证实银心中的确存在着黑洞。科学家花了16年时间在智利的欧洲南方天文台追踪围绕银心运行的28颗恒星，从而证实了黑洞的存在，因为黑洞影响着这些恒星的运行。探测表明，这个名为“人马座A*”的巨型黑洞，其质量是太阳的420万倍，距离地球大约2.6万光年。

2008年，最新的研究表明，银河系只有两条主旋臂，这两条主旋臂就是英仙座旋臂和盾牌座-半人马座旋臂，它们都与银河系核球中心的恒星棒连接着。这一认识来自2008年6月3日公布的一幅由斯皮策（史匹哲）红外太空望远镜拍摄的银河系照片，这是人类迄今为止拍摄到的最为详细也是最大的

一幅由80万张图片组合成的银河系照片，全长达55米，分辨率比此前最为清晰的银河系照片高100倍。在这幅图片的帮助下，科学家对银河系进行了恒星计数，他们在计数后认为银河系只两条主要旋臂。在依据此项研究绘制的银河全图上，人们看到两条源于核球的主旋臂，太阳依然位于银河系接近边缘的地方，它的具体位置是猎户座旋臂的内侧，这是一条小旋臂，处于人马座臂和英仙座臂之间。人马臂和矩尺臂绝大部分是气体，只有少量恒星点缀其中。

2015年3月12日，科学家发现真实的银河系比之前预想大50%。

2016年3月，中科院紫金山天文台“银河画卷”巡天研究团组利用青海观测站13.7m毫米波望远镜，首次比较完整地揭示了位于银河系第二象限处的“外旋臂”分子气体结构。

根据已知长寿命放射性核的衰变时间（即半衰期），从某些放射性中子俘获元素的丰度数据人们可以测定银河系中最古老恒星的年龄，从而定出银河系的年龄，这种放射性年龄测定方法称为核纪年法。例如，钍的半衰期是130亿年左右。用当代最大的天文望远镜，加上高分辨率光谱仪，已经能够检测到恒星的钍，并作出相应的年龄估计。

据多种方法测定，从大爆炸算起，宇宙的年龄在140亿年左右。假定从大爆炸到银河系形成相隔的时间为10亿年，那么上述由核纪年法测定的银河系年龄与宇宙年龄是相容的。

依据欧洲南天天文台(ESO）的研究报告，估计银河系的年龄约为136亿岁，差不多与宇宙一样老。由许多天文学家所组成的团队在2004年使用甚大望远镜(VLT）的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究，首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进2～3亿年，因而估计球状星团的年龄在129±5亿岁左右，因此银河系的年龄不会低于122±8亿岁。

2009年12月3日，美国芝加哥阿德勒天文馆最新公布了世界上最大的银河系全景图，该图像是由美国宇航局“斯皮策”太空望远镜拍摄而成的。

美国公布绘制最大的银河系全景图

这幅最新的银河系比例图长37米，两侧高度1米，中心位置高度2米，清晰地描绘了银河系中心区域的膨胀部分。

该图像是由两支斯皮策太空望远镜测量小组共同协力完成的，他们使用了望远镜上两个机载仪器——红外线阵列照相仪（IRAC）和多频带成像光度计（MIP）。它是由斯皮策太空望远镜所拍摄的80万张单个图像拼凑组合，图像达到25亿象素。美国加州理工学院斯皮策科学中心的罗伯特－赫特（Robert Hurt）称，这幅图像能够覆盖接近一半的银河系区域。

斯皮策科学中心的肖恩－凯里（Sean Carey）说：“这是迄今清晰度最高、尺寸最大的红外线银河系图像。”据悉，他是该测量小组成员负责人。

美国威斯康星州麦迪逊市太空科学协会的芭芭拉－惠特尼（Barbara Whitney）也是研究小组成员之一，他说：“我认为斯皮策太空望远镜所拍摄的银河系图像是最好的，这对我们研究银河系的未来具有预测性。目前尚没有计划绘制银河系红外线波段下的广角视图和光敏度视图。”

银河系有两个伴星系：大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。

大麦哲伦星系

大麦哲伦星系(Large Magellanic Cloud 简写为LMC)在南半天球距离南天极约20°左右的地方，位于剑鱼座与山案座两个星座的交界处，跨越了两个星座，占据了8°×7°的天区，相当于 200多个满月的视面积。环绕着我们的星系-银河系运转，距离约为50，000秒差距（～161,000光年），直径大约是银河系的1/5，恒星数量约200亿颗。在北半球大部分地区都看不见它们，在我国南沙群岛一带，也只能在非常接近南方地平线的地方寻找到它们。

大麦哲伦星系是以16世纪葡萄牙著名航海家

2008年12月，据国外媒体报道，英国科学家开展的一项研究显示，人类在银河系中可能并不孤独。参与该项研究的专家指出，散布在银河系中的高等文明数量可能高达40000个。

银河系高等文明数量高达40000个

英国爱丁堡天文台的研究人员顿坎·福尔冈不久前便尝试着构建了数个用于测试生命在银河系出现过程的模型。为此，他还利用了其他天体化学构成和太阳系外行星的数量与特性等数据。通过对比各种模型的运算结果，福尔冈得出结论称，在银河系中可能存在着300－40000个高等文明，而且它们完全有能力与地球人类文明建立联系。

如果按照天文学家Frank Drake提出的公式——即现在我们所谓的Drake公式，用以揭示地外智慧存在的可能性，如果一个文明能够克服最初的技术导致自身毁灭的倾向，则文明可以延续相当长的时间。如果这一结论是正确的，那么无论如何，在整个银河系中文明的数量将会是非常庞大的。

福尔冈在其研究过程中利用了大量有关恒星质量、亮度和它们在银河系中所处位置的数据。他还专门开发了一套计算机程序，用以模拟各种行星系统的运行。虽然无法确定银河系中行星的准确数量，但目前已发现的太阳系外行星的数据为福尔冈的研究提供了重要依据。之后，他便运用该程序模拟了一个行星系统要孕育生命和文明所需的条件。为了使研究的结果更具合理性，福尔冈总共构建了三种不同的模型。

在第一个模型中，生命形态能够以合理的速度在行星之间传播。不过，福尔冈在该模型中将生命的传播范围限定在一个恒星系之中。在此情况下，银河系中高等文明的数量可以达到3.8万个。

在第二个模型中，生命无法从一个行星迁徙到另外一个行星上，同时，生命出现的条件也被限定的更为严格。在这种情况下，银河系中出现生命的几率较前一种情况下降了百倍之多。而可能出现的高等文明的数量也只有大约400个。

在第三种模型中，地外文明倍假设可以非常迅速地发展，但其发生自我毁灭的几率也非常高。在这种情况下，银河系中可能存在的高等文明的数量也会很多，大约在3.1万个左右。

不过，让人感到遗憾的是，福尔冈在第二种模型中并未引入文明发生自我毁灭的因素。

当然，即使按照福尔冈最乐观的估计，银河系中两个可能有文明形态存在的恒星系统之间的距离也不会低于1000光年。

另外，需要补充的是，福尔冈在研究过程中将地外生命的特点限定的与地球上的非常类似。但事实上，研究显示，生命可能具有的形态和存在环境，远比人们先前想象的复杂的多。

银河系中央巨型气泡之谜仍未完全解开

银河系中央附近出现巨大的“费米气泡”

2014年8月，据国外媒体报道，银河系中央附近拥有超大质量黑洞这一情况已经得到科学家的证实，与黑洞行为相关的现象正在被科学家们所调查，美国宇航局的科学家通过费米伽玛射线望远镜观测到银河系中央出现了神秘的“气泡”，巨大的气泡被研究人员称为“费米气泡”，这两个对称的气泡为何物？来自斯坦福大学和美国能源部国家加速器实验室的科学家对过去四年的数据进行分析，仍然无法完全解释这一神秘的现象。

几年前，哈佛大学天体物理学家道格拉斯·芬克拜纳所领导的研究团队通过伽玛射线望远镜发现银河系中央存在对称的“气泡”结构，其中大部分为明亮而充满活力的伽玛射线，来自科维里粒子天体物理机构的科学家Dmitry Malyshev提出了最新的解释方案，在其论文中认为该费米气泡轮廓非常明显，气泡本身也发出强烈的伽玛射线，呈现对称分布，跨度达到了3万光年，有趣的是银河系的直径也才10万光年左右，可见这个对称的伽玛射线气泡非常庞大。

伽玛射线气泡除了形成机制仍然不确定外，科学家还发现其中拥有一些能量非常高的伽玛射线，科学家近年来提出了一些形成模型，比如银河系中央超大质量黑洞形成的巨型喷流，黑洞在其两极附近可形成接近光速的物质喷射，还有一种解释为黑洞周围聚集了大量气体，形成了质量庞大而“短命”的恒星，这些天体形成的超新星爆发形成了费米气泡。但这几个模型没有一个是完美的，对于科学家而言，费米气泡是相当神秘的。

为了解释费米气泡的形成机制，科学家还需要对前景伽玛射线辐射进行排除，这样我们才能看清费米气泡的真实模样，此前地球上的陆基伽玛射线望远镜均有观测上的局限性，伽玛射线空间望远镜的加入后这个情况有所缓解，费米空间望远镜的升空使得科学家发现太阳系外存在相当多的伽玛射线源，比如超新星、黑洞都可以被认为是点状伽玛射线源，这使得我们观测费米气泡的较为困难，不过费米气泡的信号较为强烈，要想解决这个问题，还需要继续收集数据。