迢迢銀河是一座宇宙中的星城，是天上的好萊塢。我們上一節中涉及到的肉眼可辨的所有恆星，包括我們的太陽和太陽系，絕大多數都屬於這座巨大的星城-銀河系。
宇宙實在太大太大了！如果將每個天體比作一個生命體，我們人類只像是寄生於地球身體上極其微小的小生物。那麼，太陽系算是地球之家，銀河系則是這個家所在的城市。這一節中，我們就來探索一下這個城市。
圖1-5-1：地面的星城和天上的星城
在非常久遠的古代，人類就認識了銀河。那是懸掛在靜謐奇妙的夜空中，令人想入非非的一道星河。孩子們想象著是否可以跳到天河中去游泳？成年人則從銀河兩邊兩顆晶瑩閃爍的星星編出了牛郎織女等浪漫的神話故事。此外，中國古詩詞中也不乏描寫銀河的句子：王建用“ 天河悠悠漏水長，南樓北斗兩相當”的句子來描寫夜空；杜甫則以“星垂平野闊，月湧大江流”來抒寫自己的抱負和情懷。
西方文化中也有類似的神話，將銀河稱為“牛奶路”。這個“奶”字來源於希臘神話，意指這條“天河”，是天帝宙斯的妻子（天后赫拉）在天上灑落的乳汁。
但是，神話和聯想只停留在文學和藝術的意義上，科學才能讓我們進行更深入的探索。有了科學的幫助，人類才得以瞭解滿天繁星後面暗藏著的秘密。比如說，我們現在知道了：天空中最亮的北極星距離地球約323光年，就是說我們看到它發出的光已經走了323年！而牛郎星和織女星呢，它們相距16光年，就算用光速進行通話，來回一次也要32年，看來是不可能約定每年一次的七夕相會的。
古人也知道銀河是由無數星星組成的，但人類真正對銀河系有了科學的認識，還是從近代才開始。
我們現在抬頭仰望銀河，可以給孩子們滔滔不絕地講解有關地球、太陽系、銀河系、行星、恆星、彗星、星雲……等等天文知識。與銀河系有關的許多天文觀測記錄，都和一位傳奇的女天文學家卡羅琳·赫歇爾（1750年--1848年），以及她的哥哥：英國著名天文學家威廉·赫歇爾（William Herschel，1738年-1822年）的貢獻有關。
1785年，威廉認為銀河系是扁平的，太陽系位於其中心。30多年後，美國天文學家沙普利從威廉兄妹的觀測數據，得出太陽系位於銀河系邊緣的結論。直到上世紀二十年代，天文學家們才認識到銀河系正在不停地自轉。
赫歇耳這個名字，實際上是天文界一個著名的家族，其中主要包括上面提及的威廉，他的妹妹卡羅琳，和威廉的兒子約翰·赫歇爾（1792年 -1871年）。
圖1-5-2：赫歇爾兄妹自制望遠鏡
卡羅琳是科學史上少有的傑出女性之一，經歷頗富傳奇性。她是赫歇爾家庭中十個孩子的第八位。小時候健康不佳多災多病。在10歲時，她得了斑疹傷寒，導致臉上留下疤痕累累，且身材矮小，據說高度長到4英尺3就停止了。由於她的發育不良，她的父母認為她不會結婚，沒給予正規教育，應該被訓練成一名僕人。但是後來，老赫歇爾去世後，威廉發現了妹妹的天賦，將卡羅琳從家中解救出來，走向外面的廣闊世界。
威廉·赫歇爾對音樂有濃厚的興趣，造詣頗深。他讓卡羅琳學習音樂，教她如何唱歌，卡羅琳很快成為一個多才多藝的女高音，不過她只在威廉舉辦的音樂會上演唱。但當威廉的興趣集中轉向天文觀測方面之後，卡羅琳便成為他這方面不可或缺的得力助手。
卡羅琳學會了如何擦亮透鏡，如何自己製作望遠鏡。威廉還教卡羅琳如何記錄觀察到的資料和數據，如何進行必需的數學計算。兄妹倆用親手製成的望遠鏡（見圖1-5-2），先後探察了北半球1083個天區共計11萬多顆星星。
1781年3月13日， 赫歇爾兄妹在觀測雙星時發現了一顆新的行星--天王星Uranus。這項發現使他們贏得了巨大的聲譽，也使威廉於1782年成為英國皇家天文學家。於是，卡羅琳隨哥哥前往英國，但威廉經常需要外出進行學術活動，卡羅琳則作為威廉的管家和助理留在家裡。這種時候，她也從不放過任何一天觀測天象的機會。並且，她逐漸積累起不少自己獨立觀測到的天文記錄。
1783年2月26日，卡羅琳發現了一個疏散星團（今天被稱為NGC 2360），並在那年年底又發現了另外兩個星團。在1786年8月1日，卡羅琳發現一個發光物體在夜空中緩緩行駛。她在第二天晚上再次觀察，並立即通過郵件提醒其他天文學家，宣佈自己發現了一顆彗星，並告知其他人該彗星的路徑特點，使他們可以觀測研究。這是目前公認的第一位女性發現的一顆彗星。這一發現使卡羅琳贏得了她的第一份工資，1787年，卡羅琳正式被喬治三世國王聘用為威廉的助手，成為第一位因為科學研究而得到國王發給工資報酬的女性。
卡羅琳總共獨立地發現了14個星雲和8顆彗星。卡羅琳後來真的終身未嫁，是否談過戀愛我們也不得而知。她把每一天的生命都貢獻給了天文觀測（就這麼枯燥單調麼？）。
圖1-5-3：卡羅琳從家庭僕人成為“領工資”的天文學家
在1822年威廉去世後卡羅琳從英國返回德國，但並沒有放棄天文研究，她整理好自1800年威廉發現的2500個星雲列表。她幫助天文學會整理和勘誤天文觀測資料，補充遺漏，提交索引。英國皇家天文學會為表彰她的貢獻，授予她金質獎章，在96歲時，普魯士國王也授予她金獎。
威廉死後，他的兒子約翰子承父業，繼續父親和姑姑的工作。約翰把觀測基地移到了南非，在地球的南半球共探測了2299個天區計70萬顆星，第一次為人類確定了銀河系的盤狀旋臂結構，把人類的視野從太陽系伸展到10萬光年之遙。從三位赫歇耳大量的觀測結果（近百萬顆星星！），人們才開始認識到世界之大，銀河系之大，整個太陽系不過是銀河系邊緣上一個不起眼的極小區域而已。
後來，是美國著名的天文學家愛德溫·哈勃（Edwin Hubble，1889年－1953年），第一次將人類的眼光投向了銀河系之外。也就是當人們認識到“天外還有天，河外還有河”之後，才對銀河系這個天上的大城市有了更多的認識和了解。有些時候，需要設想讓自己“跳出”銀河系來觀察銀河系才更為準確。否則便成了：不識銀河真面目，只緣身在此河中。
圖1-5-4：哈勃的星系分類法
哈勃將宇宙中的星系按其外觀分為兩類：橢球星系和螺旋星系，螺旋星系中又包括漩渦星系和棒旋星系，此外，還觀察到一些形狀不太規則的，暫時稱它們為不規則星系，見圖1-5-2。哈勃的星系分類規則被沿用至今，不過，從現代天體物理的觀點看，哈勃對這幾類星系演化歷史的解釋卻不正確。
哈勃當時認為他的星系分類法，也描述了星系的演化。也就是說，星系按照圖1-5-4中從左到右所示的過程演化：最左邊最接近球形的星系是幼兒時期，然後變成橢球，再變成有旋臂的螺旋星系，之後旋臂會逐漸減少。
而根據現代的星系演化理論，過程正好反過來。星系最開始由許多球狀小星團融合而成。融合大到一定程度便開始旋轉形成圓盤狀，併產生多條旋臂。之後，旋臂數逐漸減少，最後變成橢球形。
現代的觀測估計，銀河系大約包含了2千億顆恆星，恆星只是星系的主要成員，但這個數目就已經大大地超過了地球上的總人口數。所以，將銀河系僅僅比喻為一座大城市，其實是大大地“小看”它了！
這麼巨大的人口，是如何分佈在城市裡的呢？
銀河系在不停地自轉，屬於螺旋星系中的棒旋星系，因為在它的旋轉核心中央，有一個類似長棒的聚集區，見圖1-5-5a中的俯視圖和側視圖。太陽系又以每秒250公里的速度圍繞銀河中心旋轉，旋轉週期約2.2億年。據說估計銀河系包括暗物質的總質量大約是8000億個太陽（這個數值很難說，各種模型的估算值之間相差很大！）。整個銀河看起來，像是一個形狀扁平的飛碟，在空中飛速旋轉。飛碟直徑大到10萬光年，中心厚度大約1.5萬光年，邊緣厚度也有3千光年。太陽系則算是住在銀河系的“郊區”，離中心處大概2萬8千光年左右。也正因為地球是從比較邊緣處望這個大盤子，所以看起來才像一條帶子，或者說像是“一條河”了。
大多數亮晶晶的星星都集中在銀核和銀盤上，銀盤實際上又是由幾條旋臂組成。銀河主要區域是圓盤形，但外面還有兩層由稀疏的恆星和星際物質組成的球狀體，稱為銀暈，見圖1-5-3a右上方圖中的內層銀暈和外層銀暈。此外，按照最新的理論，圖中所畫的這一切都應該淹沒在一個更大的“暗物質”的海洋中。
圖1-5-5：銀河系的結構
依靠近幾年來天文探測技術的突飛猛進，科學家們發現，大多數星系的中央都存在一個超重黑洞。我們的銀河系也是如此。在距離地球兩萬六千光年的地方，其實也就是靠近銀河系的中心處了，有一個人馬星座，也叫射手座。人們在這個星座所觀察到的星星的排列方式看起來如同一個半人半馬射手的形象，因而得名“人馬”。還有另一個也類似半人半馬形象的星座叫做半人馬座。近幾年來，人馬座A
*引起了天文學家們的極大興趣，因為它是一個強大的紅外線和X射線輻射源。一位德國科學家在2008年最終證實，“人馬座A*”位於銀河系中心，就是一個質量約為太陽400萬倍的超大黑洞。我們這個大盤子城市的“市中心”的最中心部分竟然是一個超大質量的黑洞！有趣的是，黑洞具有將周邊物體吸進洞中的能力，進去就出不來，有點像是恆星的“墳墓”。在黑洞的周圍是密集恆星的“銀核”。銀核則像一座長長的橄欖球形城堡，也可以說是一個 “養老院”，因為其中居住的幾百億顆恆星中，大多數是老耄之年的白矮星（圖1-5-5a）。
銀核的外面是銀盤。這個天天掛在我們夜空中的大盤子實際上是由好幾條螺旋形的“手臂”組成，稱之為銀臂。我們從地球上看到它的側影，很像一條河。但如果我們能夠跳出地球，到大盤子的正面去看它，卻是更像一個旋轉的風車，見圖1-5-3。風車有4個葉片，即銀河系的4條旋臂，分別是矩尺、半人馬－盾牌、人馬與英仙等主要旋臂。太陽系位在介於半人馬與英仙臂間的次旋臂（獵戶臂）中。旋臂主要由星際物質構成，也有或疏或密的恆星散佈其中，就像城市邊沿的郊區部分，居民比市中心少多了，時而密集，時而零落，散佈在空曠的原野中，見圖1-5-5b。
在銀河旋臂中居住的主要是年輕的恆星，類似太陽，它們還在發光發熱，處於精力旺盛的主序星階段，喜歡住郊區。此外，那兒也有聚聚散散四處遊蕩玩耍的童年恆星。
在球形外圍的銀暈部分，大部分是稀疏的塵埃和星雲，也零散地分佈著少量恆星，可謂“獨行大俠”。奇怪的是，其中也有一些白矮星類型的“孤寡老人”。
（摘自《永恆的誘惑：宇宙之謎》，作者：張天蓉）
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