銀河系的照片是怎麼拍出來的?

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銀河系照片是科學家根據長期觀測研究得出的數據,通過電腦模擬出來的,也有通過太空望遠鏡很長時間拍攝的很多張照片合成出來的。

人類現代對銀核系的瞭解,是一代代科學家們承前啟後研究的成果。這是一種綜合統計方法。

最早是偉大的現代科學奠基人伽利略,1610年,用其發明的最早望遠鏡觀測,解析出銀河系是由一顆顆恆星聚集而成;1785年,英國天文學家威廉·赫歇耳成為第一個畫出銀河系結構的科學家,他使用恆星計數方法得出了銀河系分佈為扁盤狀,但他當時認為太陽位於盤面中心;1918年,美國天文學家沙普利建立了銀河系透鏡型模型,發現太陽不在中心;1926年,瑞典天文學家林得布拉德得出銀河系在自轉。

以上只是幾個代表人物,一路上還有很多科學家為銀河系建模做出了研究和貢獻。這個模型到上世紀20年代得到科學界公認。

但這些研究都使用的是傳統光學方法,數值不夠準確,有一定的侷限性。近幾十年發展起來的射電方法和紅外技術,更為精準的研究了銀核系的結構,彌補了這些缺憾,科學家們把這些數據輸入電腦,通過電腦的運算和分析,就構建出了銀河系現代模型。


美國航天局(NASA)首次獲得了銀河系360度全景圖,是2003年升空的“斯皮策”望遠鏡經過10年拍攝,收集了200多萬張銀河系照片拼接而成(見上圖)。

這張合成的照片包括銀河系一半以上的恆星,像素達到200億,如果打印出來有一個體育場大小。為此,NASA公佈了這張照片的電子版,便於天文愛好者查閱。

當然這張照片並不像電腦建模那樣能夠讓你直觀的看到銀河系的外形,更多的是讓天文愛好者們一飽眼福,以及讓科學家們去研究。

這種拍照法是最精準最直觀的,但我們身在其中拍到的就像一個人的心肝五臟和各種構架,要經過充分的空間還原建模才能夠再現直觀的銀河系樣子。

其實,科學家們還可以通過觀測研究別的星系大致推斷出自己星系的樣子,這就是類比法。

就像我們人類有70多億,有白人、黑人、黃人、紅人等各色人種,這些人類都大同小異,不同人種有不同人種的特點。我們黃種人看了很多黃種人大大小小男女老幼的樣子,即使不照鏡子,也能夠大致知道自己長得什麼樣子。

比如知道自己有眼睛鼻子等五官,有手有腳。

銀河系是一個漩渦星系,在宇宙中,這種星系很多。宇宙中的星系也是這樣,漩渦星系都差不多,都有一些相同的特質,比如都有中心,都有懸臂,根據觀測遠方的星系,就可以大致得出我們星系的樣子。

由於銀河系是一個很大的天體結構,人類在這個巨大系統中很渺小,當局者迷,所以即使到了現在,瞭解得也還只是個大概,並不精準。

就在早些年,科學界還認為銀河系的直徑約10萬光年,近年以來的研究成果發現這個數值大大低估了,現在的銀核繫有可能直徑達到20萬光年。銀河系具有2100億個太陽質量,包含約1000~4000億顆恆星,我們太陽坐落在距銀核系中心約3萬光年的一條叫獵戶座的支臂上,以每秒鐘約250公里的速度圍繞著銀河系中心公轉,轉一圈約2.5億年。

這就是科學界目前對銀河系的一些認識,隨著研究和發現得深入,銀河系模型還會進一步修正。

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配圖並不是銀河系,銀河系是下面這張。


這當然是不可能拍出來的,因為人類出來沒有到過這個視角去看銀河系。
這圖片是根據觀測數據模擬出來的。最初天文學家以為銀河系是一個漩渦星系,像下圖這樣的。

但後來發現銀河系的中心核球居然是一邊大一邊小的,從而發現它不是扁球狀的,而是棒狀的,因此確認為一個棒旋星系。而根據

由於我們處在銀河系內,所以我們是看不到銀河系究竟長什麼樣子的,“不識廬山真面目,只緣身在此山中。”然而有一個星系長得很像銀河系,甚至有人直接拿來當銀河系圖片了。


這是一張哈勃太空望遠鏡的實拍圖。這是一個編號為UGC12158的棒旋星系。

而上圖這樣的銀河系圖片,都是模擬出來的,也就是P出來的。


星宇飄零2099


答:所有銀河系的全景照片,都是模擬合成出來的,不是拍攝得到的。


我們太陽系是銀河系中的一員,銀河系直徑高達20萬光年,太陽系範圍才一光年;我們人類的活動範圍很小,根本不可能拍攝到銀河系的全景照片。

但我們還是看到過很多銀河系的照片,其實這些都是根據銀河系的觀測數據,然後用電腦合成的;可能難免會存在一些不準確,但確實是目前基於觀測數據下,最合理的銀河系模型。


雖然我們處於銀河系之中,但總有一些辦法,得到銀河系的準確模型,比如下面幾點:

(1)恆星之間是非常空曠的,我們能看到銀河系中遙遠的恆星和星團;

(2)天文學家用高精度的天文儀器,測量了一些恆星的距離和方位,然後以地球為中心建立三維圖像,隨著測量恆星數目的增加,銀河系的大致結構自然會顯現出來;

(3)可見光下銀河會被星際塵埃遮擋,但是在紅外線以及X射線下的銀河系,會有更多細節,幫助科學家完善銀河系的結構模型;

(4)科學家研究了大量河外星系的結構,根據星系的特徵劃分為不同的星系,再結合我們對銀河系的觀測數據,推測出銀河系屬於棒旋星系;

天文學家針對銀河系的結構,研究了幾百年的時間,隨著觀測工具的強大,對銀河系結構的認識也越來越準確。


下圖的銀河系全景圖,就是目前銀河系最合理的模型,你也可以說是電腦合成出來的。


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銀河系的照片不是拍出來的,我們看到的很多神似銀河系的星系照片,要麼是哈勃這類大型天文望遠鏡拍攝的其他星系,要麼是依賴現代計算機技術模擬出來的。

比如這張

它不是銀河系,而是銀河系的近鄰——M31,又叫仙女座大星系,這是在多波段用望遠鏡實實在在的拍攝後,利用計算機疊加合成的。

而這張

是歐洲南方天文臺VISTA望遠鏡的巡天數據生成的銀河系旋臂示意,並非基於拍攝,雖然和前一張都經過計算機的處理,但這是有實在的區別的。

為什麼銀河系的照片我們沒法拍出來?因為我們就在銀河系裡,就像不去太空,我們也無法拍攝地球的樣子一樣,這是一個很淺顯的道理。

但地球之外,太陽系之內的大部分太空,是我們能實實在在有探測器可以到達的。

銀河系之外不一樣,人類到現在都不知道飛了40多年的旅行者一號是否飛出太陽系了,何談到銀河系的上空給銀河系拍一張照呢?

我們能看到的銀河系,最多是多波段的盤面,具體銀河系什麼樣子,我們一無所知。

而我們開頭第二張看到的“模擬出來”的銀河系,就是基於各種間接的觀測證據,其中最著名的就是根據對中性氫發出的能穿透星雲星際物質的21釐米波得到的銀河系懸臂結構。

注意,根據最新的研究證據,銀河系不是幾十年前認為的是一個漩渦星系,而是一個棒旋星系,這和老鄰居仙女座大星系是有區別的。


擋不住的熵增


很遺憾,迄今為止,人類還沒有拍攝到過銀河系的全貌照片。我們看到的銀河系全貌照片都是天文學家通過計算機合成出來的,所以我們並不知道銀河系的真正樣子。

我們身處盤狀的銀河系中,銀盤直徑可達十幾萬光年,銀盤厚度也有兩千光年。而人類現在就連半徑1光年的太陽系都還沒有離開,更何況是範圍遠大於太陽系的銀河系。既然無法離開銀河系,所以我們就無法對銀河系的全貌進行拍照,銀河系的真正樣子也就無從知曉。

不過,天文學家用計算機模擬出的銀河系外觀與實際應該相差不會太大,因為這種模擬使用了大量的真實觀測數據。雖然我們在銀河系內無法直接觀測到銀河系全貌,但我們只要測量各個方向的恆星與地球的距離,知道每顆恆星在銀河系中的空間分佈,這樣就能繪製出銀河系的外觀。

但這項工作絕非易事,因為銀河系中的恆星數量至少有一千億顆,並且銀河系中還有大量會阻擋恆星的星際塵埃,這需要大規模的觀測任務。為此,歐洲宇航局(ESA)在2013年發射了蓋亞空間望遠鏡,計劃在為期十年左右的任務期間觀測銀河系中的10億個天體,其中主要是恆星。

有了大量恆星的分佈規律,就能瞭解到銀河系中的恆星是如何運動的,從而可以比較準確地模擬出銀河系的外觀。在目前已觀測到的星系中,NGC 6744被認為是最像銀河系的星系之一:

NGC 6744距離銀河系大約3100萬光年,直徑約為18萬光年。在這個星系附近,還有一個類似大麥哲倫星雲的衛星星系。


火星一號


銀河系的照片是怎麼拍出來的?

其實我們看到的銀河照片有兩種,一種是星野銀河,一種是上帝角度的銀河照片,無論是哪一種,可能很多朋友都不知道怎麼來的,下面簡單介紹下。

一般典型的銀河照片就是這樣,這也是我們使用常見的設備能拍到的,一般要求拍攝地光害小,天空通透,夏季,因為冬季銀河背向銀心拍不出壯麗的銀河景觀!曝光參數一般選擇高ISO,然後30S-1分鐘,如果中焦的話適當減少曝光時間,避免拉線!如果有星野赤道儀跟蹤的話,地景需要注意,或者不拍地景,因為地景會虛!

這種銀河系空間望遠鏡拍攝的局部銀河拼接起來的,我們無論在地面上或者近地軌道上,最多就只能拍到這樣的銀河了!


這是上帝角度的銀河系,座標中心就是太陽系,而由於我們太陽系本身就在盤面上,因此我們是無法拍攝到如此角度的照片的!

“不識廬山真面目”就是我們地球的真實寫照,但天文學家並未坐以待斃,1989年8月8日升空的“伊巴谷”衛星就是為此事而來,儘管它並未進入正常軌道,但他依然在短短的數年時間內取得了大量的成果,對118000顆恆星的位置進行了精確的測量,從而得知了我們銀河系的3D模型,當然這對於有著數千億顆恆星的銀河系來說,數量上絕對是不夠的,但讓我們瞭解到了真實的銀河系!

而2013年12月19日升空的歐空局“蓋亞”衛星則對約11.4億顆恆星進行了位置測量,建立了有史以來最為精細的銀河系3D模型!我們看到的“上帝角度的銀河系”就是“蓋亞”的傑作!

當然我們也很清楚的瞭解到了銀河系在星系演化類型中是屬於Sb型,不僅僅是這些圍觀群眾瞭解的,還有更大的天文觀測者也將從“蓋亞”的觀測資料中取得重大的科研成果,未來將應用於更廣闊的宇宙研究!


星辰大海路上的種花家


銀河系擁有2000億恆星,直徑20萬光年,十分的廣闊。但可惜我們看到的各種銀河系圖像,都不是真實拍到的,都是通過某些觀測用電腦合成的。

對於星系最直觀的印象不是通過觀測銀河系完成的,而是用過觀測河外星系瞭解的,在1920年代哈勃就觀測到銀河系外的一個個光點,而那些光點其實就是星系,現代可以通過哈勃這種可見光空間望遠鏡觀測宇宙深處,但是也無法看清整個星系,只能大體上把握星系的形狀面貌,通過多種觀測(X射線、可見光、紅外線等)手段,將得出的信息在電腦上綜合,然後模擬出星系的形狀,估算出恆星的數量。

地球處於銀河系內,按理說應該觀測的更加清楚,但實際上並不是,下圖是哈勃望遠鏡觀測的銀河系近中央地帶的圖像,可以看到一片漆黑,只有一些光點,還是通過長時間曝光,多次拍攝合成的圖像。由於銀河系的廣闊,人類不可能在星系內部觀測到整個星系的面貌,加上銀河系中密集的塵埃和氣體的遮擋更加艱難。但是卻可以通過觀測到的計算、推測銀河系的物質分佈,加上對其他星系的觀測,推測銀河系的整體面貌。

銀河系太大了,望遠鏡由於口徑等的影響,每次只能觀測到很小很小的範圍,相較於整個銀河系20萬光年的範圍,甚至都可以忽略了。


來看世界呀


地球處在銀河系之中,所以是無法從上帝視角拍出銀河系的整體圖像的,那這圖像是如何來的呢?這主要得益於現代天文觀測技術的進步。

2013年12月19日,造價32億美元的蓋亞探測器升空,這是由歐洲航天局發射的一顆空間望遠鏡,將對銀河系內近10億顆恆星進行觀測,測量恆星的距離、位置以及運動規律,分析其光譜與恆星顏色,這樣為繪製銀河系圖像帶來了幫助。

而在早期,科學家認識到探測宇宙中中性氫釋放出的特定輻射有助於認識到銀河系的結構,中性氫就是那些非電離態的氫原子,這種中性氫自身會發出波長為21釐米、頻率為1420.4057517667 MHz的射電譜線,科學家觀測這種特定的輻射繪製出了銀河系大約的模樣,就是下圖:

繪製銀河系的圖像不是一架望遠鏡就能夠完成的任務,斯皮策、哈勃空間望遠鏡的觀測數據都可以輔助繪製,現在的望遠鏡涵蓋了人類已知的所有的電磁波段,正是由於觀測技術的提高,我們才能夠看到那些精美的由觀測數據基於數據可視化繪製出來的宇宙空間圖景。

個人淺見,歡迎評論!


科幻船塢


銀河系的照片是拍攝加合成。當然也有純合成的照片。

目前人類最遠的探測器旅行者一號都未飛出太陽系,要是真實拍攝出銀河系全貌,按照這速度要飛出銀河系還得數億年。

我們身處銀河系的較邊緣角落。銀河系太大了,我們抬頭就可以看見銀河系。可以想象,肉眼看見的銀河系和你所站在的地球連為一體還僅僅只是銀河系的一小部分。

天文學可以去全球不同地方拍攝銀河系的不同方向,比如以地球為中心,看到的銀河系應該是四面八方的。

不過這些都不會完全繪製出銀河系的全貌。畢竟銀河系的另一端很難用相機拍到。

這個時候我們可以動用哈勃望遠鏡。不過,哈勃望遠鏡不用拍攝到系內所有星球。只需按照銀河系內的輻射分佈繪製出整個銀河系全貌。天體密度越大,輻射越多。

於此同時,天文學家也可以用概率估計整個銀河系全貌。比如,你要知道上海有多少人,可以踩點廣場的人流,具有代表性的小區人口總數,以及學校等其他具有代表性的場所。這樣就能估算出整個銀河系的天體數量,


科學認識論


說到這個問題,銀河系的全貌圖是根據它的變化來,定義的漩渦狀。實際上銀河系的全貌圖是一個多變萬化的引力磁場變化。所謂的漩渦是銀河系星空運轉的風向圖。所以銀河系是漩渦的。是有依據的。


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