科学家怎么知道银河系？科学家怎么拍到银河系的

天文学家在银河系的一个螺旋臂中发现了一个“断裂”

新发现的特征提供了对我们银河系大尺度结构的洞察，从地球内部的位置很难对其进行研究。

科学家们发现了我们银河系的一个以前未被发现的特征：一群年轻的恒星和恒星形成气体云正从银河系的一个旋臂中伸出，就像从木板上伸出的碎片一样。绵延约 3，000 光年，这是第一个被确定方向与手臂截然不同的主要结构。

天文学家对银河系臂的大小和形状有一个大致的了解，但仍有很多未知数：他们无法看到我们银河系的完整结构，因为地球在其中。这类似于站在时代广场的中央，试图绘制曼哈顿岛的地图。您能否精确测量距离以了解两座建筑物是在同一个街区还是相隔几条街道？你怎么能希望一路看到岛的尽头，路上有这么多东西？

为了了解更多信息，这项新研究的作者专注于银河系一个臂的附近部分，称为人马臂。在 2020 年 1 月退役之前，他们使用美国宇航局的斯皮策太空望远镜寻找新生的恒星，这些恒星坐落在它们形成的气体和尘埃云（称为星云）中。斯皮策探测可以穿透这些云层的红外光，而可见光（人眼可以看到的那种）被阻挡。

年轻的恒星和星云被认为与它们所在的臂的形状密切相关。为了获得臂段的 3D 视图，科学家们使用了来自 ESA（欧洲航天局）盖亚任务的最新数据来测量精确的到星星的距离。综合数据显示，与人马座臂相关的细长结构由年轻恒星组成，它们以几乎相同的速度和相同的方向在空间中运动。

加州理工学院的天体物理学家、新论文的第一作者迈克尔库恩说：“旋臂的一个关键特性是它们围绕星系的缠绕程度。” 这个特性是通过手臂的俯仰角来衡量的。圆的螺距角为 0 度，随着螺旋变得更加开放，螺距角增加。“大多数银河系模型表明，人马座臂形成一个螺旋，其俯仰角约为 12 度，但我们检查的结构确实以近 60 度的角度突出。”

类似的结构——有时被称为马刺或羽毛——通常会从其他螺旋星系的臂上发现。几十年来，科学家们一直想知道我们银河系的旋臂是否也点缀着这些结构，或者它们是否相对平滑。

测量银河系

新发现的特征包含四个以其令人叹为观止的美丽而闻名的星云：鹰状星云（包含创世之柱）、欧米茄星云、三裂星云和泻湖星云。在 1950 年代，一组天文学家对这些星云中的一些恒星进行了粗略的距离测量，并能够推断出人马座臂的存在。他们的工作为我们银河系的螺旋结构提供了一些初步证据。

“距离是天文学中最难测量的东西之一，”共同作者、加州大学欧文分校的天体物理学家和信息学讲师、盖亚数据处理和分析联盟 (DPAC) 成员阿尔贝托·克朗-马丁斯 (Alberto Krone-Martins) 说。 . “只有最近来自盖亚的直接距离测量才使这种新结构的几何形状如此明显。”

在这项新研究中，研究人员还依赖于斯皮策在一项名为银河遗产红外中平面非凡巡天 (GLIMPSE) 的星系巡天中发现的超过 10 万颗新生恒星的目录。

“当我们将 Gaia 和 Spitzer 数据放在一起并最终看到这张详细的 3D 地图时，我们可以看到这个区域有相当多的复杂性，这是以前不明显的，”Kuhn 说。

天文学家还没有完全理解是什么原因导致像我们这样的星系形成旋臂。尽管我们看不到银河系的完整结构，但测量单个恒星运动的能力对于理解这种现象很有用：新发现的结构中的恒星可能大约在同一时间形成，在相同的一般区域，并且受到星系内作用力的独特影响，包括由于星系旋转而产生的重力和剪切力。

“最终，这提醒我们银河系的大尺度结构存在许多不确定性，如果我们想了解更大的图景，我们需要查看细节，”该论文的合著者之一罗伯特说。本杰明是威斯康星大学怀特沃特分校的天体物理学家，也是 GLIMPSE 调查的首席研究员。“这个结构是银河系的一小部分，但它可以告诉我们关于整个银河系的一些重要信息。”

一：科学家怎么知道银河系的形状

通过性质。

我们无法直接观测银河系，但是我们可以观测其它星系，因为类似的星系会具有类似的性质，参考类似的力学性质，我们就可以理解目前银河系所处的状态的形状，没有人可以保证这个假说是完全正确的，但是在目前的观测数据中，也没有可以否认这份观测数据的证据。

二：科学家怎么知道银河系多大

科学家们对银河系的年龄进行了推断，他们根据已知长寿命放射性核的衰变时间，从某些放射性中俘获元素的丰度数据可以测定银河系中年龄最大的恒星，从而测定出银河系的年龄。不过，科学家们所找的恒星并不是银河系中最早形成的恒星，因为银河系中第一代恒星具有非常大的质量，大到超过太阳质量的上百倍。这样，恒星的内部便会产生核聚变反应，而且反应发生的速度是非常快的，甚至只持续了几百万年。所以科学家们认为最早形成的恒星已经在很长时间前就消失了。但是，这与银河系的年龄相比，它们的形成时间和科学家今天在银河系中观测到的最年老的恒星的形成时间之差可以完全忽略不计。所以，科学家将这些用作研究的最早形成的恒星的年龄当做是银河系的年龄。

三：科学家怎么知道银河系长什么样的

18世纪的几位天文学家推想，银河系是一个中间厚、边缘薄的扁平状盘体随着科学技术的发展和观测手段的提高，现代天文学的发现证实了前人的推想。银河系的全部结构由银心、银核、银盘、银晕和银冕五部分组成。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。 在太阳的位置，银河系的物质以每秒250千米的速度绕银心一周约2.5亿年。现在已知，银河系的中心是一个球状体，这个球状体有剧烈的运动，有大量气体由银心向外扩张。推想

四：科学家怎么测量银河系

近30年来，有理论曾预测银河系自转速度在减慢，但并没有实证。而据每日科技网21日报道称，银河系有一个由几十亿颗恒星组成的棒旋结构，数据和分析发现，自这个棒旋结构诞生以来，它的自转速度下降了四分之一。这是人类第一次通过测量对银河系“踩刹车”加以证实，天文学家认为，该测量结果为暗物质研究提供了新的认知，且很可能正是暗物质使得银河系自转速度减慢。

英国牛津大学、伦敦大学等机构研究人员利用盖亚空间望远镜，对银河系棒旋结构的一组恒星——赫拉克勒斯星流进行了数据分析。这组恒星的运动与棒旋结构产生共振，保持和棒旋结构相同的速度围绕银河系中心运动。由于赫拉克勒斯星流处在拉格朗日点，它也被棒旋结构的引力所影响，这种情况下，如果棒状结构的自转速度下降，这些恒星便会逐渐远离银河系中心，以此才能和棒旋结构的自转速度相配合。

研究人员发现，赫拉克勒斯星流所富含的重元素（天文学所称的“金属”）可以表明它们正远离银河系中心，由于棒旋结构不断减速，它们在向外围移动，进一步数据及推断表明：这个由数十亿颗恒星组成、相当于数万亿个太阳质量的棒旋结构，自诞生以来它的自转速度变慢了至少24%。

团队认为，减速的原因很可能就是暗物质“踩下了刹车”。马拉德空间科学实验室科学家称：“天体物理学家长期以来怀疑银河系棒旋结构的自转速度在不断变慢，现在终于掌握了相关证据。使棒状结构自转减速的原因是暗物质，此前科学家通过测量星系的引力和可见物质引力的差值，去推测暗物质的存在，但此次研究则为未来提供了全新手段——通过质量去了解暗物质。”

暗物质是理论上提出的大量存在星系中的一种不可见的物质，天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象，可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。

该论文合著者亦表示：“我们的发现为暗物质的性质提供了一个‘迷人’的视角。”相关研究发表于近期《皇家天文学月刊》。

五：科学家是怎么发现银河系的

17世纪时，伽利略首先用望远镜发现了银河。他发现，这是一个恒星密集的区域。后来，英国人赖特提出了银河系的构想，并具体描绘出了银河系的形状。他假定，银河系是个透镜，连同太阳系在内的众星位于其中。在中国境内，人们观测到的银河是从天蝎座起，经人马座特别明亮的部分，到达盾牌座而止。

18世纪时，英国著名天文学家赫歇尔父子对赖特的猜想进行了验证。他们发现，银河系中心处恒星特别多，离中心越远越少。他们的观测表明，银河系的确是一个恒星体系，并且其范围是有限的，太阳靠近银河系中心。测量结果表明，银河系非常庞大，可容纳3亿颗恒星，其直径为8000光年，厚1500光年。

20世纪初，荷兰天文学家卡普亭对银河系的观测和赫歇尔的观测结果基本相似。1906年，他测出银河系直径为23000光年，厚6000光年。但1920年他对银河系测出的新数据变化很大，银河系直径为55000光年，厚11000光年。

以赫歇尔为代表的一些科学家提出，太阳是银河系的中心。1915年，美国天文学家卡普利研究了许多球状星团的变星，发现太阳仅仅是银河系内的一颗普通恒星，而不在银河系的中心，它距中心约5万光年并朝向人马座，银河系的范围大约有30万光年。

20世纪80年代，银河系又有了新的数据，即质量相当于2000亿个太阳的质量，直径为8万光年，厚2000光年，太阳距银河系中心距离为2.5光年。

关于银河系的观测一直在进行着。有科学家指出银河系是镶嵌在硕大无比的异常低密度的星系冕——银冕之中。天文学家从理论上论证了它的存在。由于银河系吸引仙女座星系以每秒300公里的速度向我们奔来，这就要求银河系质量至少不低于10000亿个太阳质量，进而说明，银河系至少应存在一个至少延伸到80000光年以外的星系冕。