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从诞生伊始,人类就在不停地探索着世界。因为科技水平的限制,早期人类并不能精确地将各种复杂的地形绘制下来,他们对世界的认知大都靠口口相传和亲自丈量。

连太阳系都没能出去,人类是怎么知道银河系全貌的?

到了近现代,各种精密仪器的出现使得人类对世界有了更加准确的认识,知道了地球是个近乎标准圆的球体,也知道这个球体表面被七大洲、五大洋覆盖着,并依此绘制了详细的世界地图、制造出了精美的地球模型。

然而,人类探索的欲望是无穷尽的,对自身所在星球有了详细的认知之后,人类又将目光放到了更大的范围——银河系。

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银河系是什么样子和形状的?相信许多人都能瞬间给出这样描述:一个充满了恒星和星云的巨大扁平圆盘,太阳系就在这个圆盘的一条悬臂上。

事实上,身处地球根本无法看清银河系的全貌。在晴朗的夜晚仰望星空,我们只能够看到稍有排列规律的繁星,而这繁星其实只占了银河系极小的部分,还有大片的区域是人类在地球观察不到的。

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1977年9月5日,旅行者一号从卡纳维尔角航天中心启航,开始了其漫长的宇宙征程。截止今日,它已经距离地球227亿公里,成为了距离地球最远的人造探测器,可它距离真正飞出太阳系还有着难以想象的距离。

此时问题来了,既然人类连太阳系都没出去过,究竟是怎么知道和确定银河系的形状的呢?网上众多银河系的照片究竟又是从哪里来的呢?

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其实这些照片都是画出来的,而并非大部人认为的实拍图。当然了,虽然是画出来的,但绝不是瞎画。天文学家们早已经通过各种数据和实验反复证明,银河系确实就是图片中描绘出来的样子,只有细节部分或许会有些许出入。

它是宇宙中很寻常的螺旋星系,中间部位是一个高密度、高质量的巨大核心,周围有几根围绕着核心旋转的巨大旋臂,而我们就生活在这其中一个悬臂上。

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那么天文学家们怎样知道这个事实的呢?其实对银河系形状的探索过程就是人类近代天文史的发展过程。

1687年,牛顿发表了万有引力定律。1775年,康德发表了《自然通史天体论》一书,他在结合了万有引力定律之后提出了一个大胆的猜想——银河系是一个旋转的圆盘结构。

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颠覆认知的猜想自然需要大量观察证明,为了弄清楚银河系究竟是什么形状的,天文学家威廉·赫歇尔 (William Herschel)提出了一种非常独特的方法——数恒星。

为了让得到的结果更加精确,他给这种方法假设了三个前提。一,我们在地球可以看到银河系最边缘恒星。二,恒星的分布是均匀的。三,其中恒星的亮度都差不多。

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综合三个前提之后,只要数出每个方向上恒星的数量,就能够将银河系大体的形状绘制出来。威廉·赫歇尔绘制的银河系形状如上图所示。

事实证明,威廉·赫歇尔当时绘制的和我们现在看到的相差极大,因为他的三个假设全都是不正确的。但他的模型并不是一无是处,至少证明了银河系是扁平的结构。

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后来,随着科技的不断发展,人类观察手段也在不断进步,对银河系的认识越来越清晰。20世纪初,天文学家雅各布斯·卡普坦 (Jacobus Kapteyn)经过16年的观察,最终得出银河系是旋转着的扁平结构的结论。

由于雅各布斯·卡普坦并没有意识到星际物质会吸收大量可见光,所以他计算出的银河系无论是大小还是形状,都和实际情况有一定的出入。

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雅各布斯·卡普坦去世之后,他的学生奥尔特(Jan Oort)继续着他的研究。经过几十年的潜心研究,奥尔特、克尔(Kerr)、韦斯特豪特(Westerhout)三人在1958年发表了论文,公布了人类第一幅接近完整银河系旋臂的结构图。

知道了银河系的形状,科学家们又利用造父变星亮度与距离的关系,成功计算出了银河系是一个直径105700光年,中心厚度超过1000光年的螺旋星系。至此,也就是我们平时在图片看到的银河系样子,这是不是解开了你多年的疑惑?

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值得一提的是,银河系的样子未来有可能会改变,因为200万光年外,一个至少拥有一万亿颗恒星、直径超过20万光年的仙女座星系,正以200km/s的速度朝银河系奔来。

按照科学家的推算,30亿年后两者将会“碰撞”,50亿年后两者将融合成一个体积更大的星系。

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可人类注定无法一饱眼福了,因为50亿年后太阳的体积将膨胀250倍左右,成为一颗体积巨大的红巨星。届时地球即便不被太阳直接吞噬,也一定会被炙烤成不适宜任何生命存活的“球干”,不知道人类那时究竟何去何从。

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