宇宙充滿了令人震撼的巨大結構。它們所蘊含的能量遠遠超出我們最狂熱的夢想。
然而，即使身處其中，從地球上也很難看到這些結構。
例如：找一個黑暗的地方，在那裡你可以看到很多星星，當月亮升起較晚時——抬頭看。一道寬闊的白色條帶將橫跨天空，從北部地平線延伸到幾乎正上方，然後再向下到達南部地平線，它在天空中隱約發光，就像一條隱約可見的天河。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞事業，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的報道。
那就是名副其實的銀河。它在天空中延伸 360 度，形成一個連續的圓圈，像一個蒼白的環一樣環繞著地球。在冬季，可以看到它穿過熟悉的星座，如獵戶座和雙子座。但對於北半球的觀測者來說，它在夏季最為明亮，也最容易被發現，那時它看起來像一條寬闊的光帶，將天空一分為二。在天鵝座中最亮的恆星天津四附近，銀河似乎一分為二，被一條黑暗的通道縱向分隔開來，這條通道詩意地（如果不是不祥地）被稱為大裂谷。這條黑暗的裂縫一直延伸到南部地平線，同時銀河本身也明顯變寬，並在靠近人馬座和天蠍座的地方凸起成一個塊狀斑點。
實際上，那是我在天空中最喜歡的景象之一。人馬座通常被描繪成弓箭手，一個手持弓箭的半人馬。但在現代人看來，這些星星可以出奇地像一個茶壺，傳統的弓箭描繪的是壺嘴。事實上，銀河的光芒看起來就像從茶壺中冒出的蒸汽，茶壺傾斜著，準備將沸水倒在天蠍座的尾巴上！
這當然是一種異想天開的解讀。但是，一旦你親眼看到它，你就會明白為什麼古代人會將這天上的景象神話化。也許最著名的例子是希臘神話，其中赫拉將嬰兒赫拉克勒斯從她的乳房推開，她的乳汁從地平線灑到地平線。羅馬人稱天空中的這個特徵為 via lactea（“乳路”或“銀河”），這是現代名稱的由來。希臘人稱之為 galaktikós kyklos（“銀河圈”），這是術語“galaxy”（星系）的來源。稱其為銀河系，就像許多人所做的那樣，有一種有趣的重複。（我的錯：我也是有罪的。）
像許多其他星系，例如星系 NGC 6744（右），銀河系也是一個螺旋星系。圖片來源：ESO
但是，是什麼導致了這種光芒呢？天文學家已經瞭解到，它給眼睛帶來的微妙印象掩蓋了它的真實本質。
幾個世紀以來，許多觀測者假設銀河系柔和的光芒是來自無數恆星的集體光芒，這些恆星在天空中太微弱且彼此靠得太近，無法單獨區分。但是，直到 1610 年，伽利略才透過將他的小型望遠鏡對準銀河系，並發現它確實是由無數（當時）恆星組成的，從而證實了這一基本想法，結構的細節才變得清晰起來（請原諒我的雙關語）。（現在我們知道它至少有 1000 億顆恆星。）
銀河系的真實形狀——在其橫跨天空的河流狀路徑中暗示——也提供了一個重要的線索。如果我們的星系是一個巨大的球形恆星結構，地球位於其中心附近，那麼它的光芒將無處不在。但是，它看起來相對扁平的事實向 18 世紀的天文學家表明，銀河系是一個盤狀的恆星集合，更像一個薄餅而不是一個球體。
隨著望遠鏡的改進，天文學家在天空中發現了許多小的螺旋狀和橢圓狀“星雲”（來自拉丁語，意為“霧”或“薄霧”）。哲學家伊曼紐爾·康德等偉大的思想家推測，這些天體可能是“宇宙島”，而銀河系只是其中之一。但也可能這些星雲只是銀河系內部的小云團，而銀河系構成了整個宇宙。
無論如何，問題仍然存在：我們在銀河系中的什麼位置？我們的太陽位於什麼位置？為了找出答案，1785 年，天文學家威廉·赫歇爾和卡羅琳·赫歇爾兄妹使用了一種巧妙的方法：他們數了天空中各個部分的星星。他們假設，如果銀河系是細長的，那麼沿著其長軸方向的星星將比沿著其短軸方向的星星更豐富。他們根據這些觀測結果繪製的地圖顯示，銀河系是一個被壓扁的墨跡，太陽位於中心附近。
在 20 世紀 20 年代，天文學家雅各布斯·卡普坦將這項研究向前推進了一步。他測量了恆星的速度和亮度，試圖繪製更精確的地圖。最終，他的工作結果與赫歇爾兄妹的結果基本一致。
然而，這兩種方法都存在一個固有的誤差：它們假設恆星之間的空間是空曠的。但是，星際空間中散佈著不透明的宇宙塵埃雲，這些塵埃雲是由微小的岩石或煙塵物質顆粒組成的，它們阻擋了我們對遠處物體的視線。將天鵝座中的銀河系一分為二的大裂谷就是這些雲團的龐大集合，它們在更遙遠的恆星的映襯下顯得輪廓分明。這些雲團是恆星計數方法失敗的原因：從星系中幾乎任何一個視角來看，它們都會遮擋你的視線，併產生從中心附近向外看的錯覺。實際上，太陽離銀河系的中心並不特別近。相反，它幾乎位於銀河系盤面的中間位置。
在 20 世紀 20 年代，天文學家埃德溫·哈勃和維斯托·斯利弗能夠證明，一些螺旋星雲和橢圓星雲非常遙遠，根本不在銀河系內。康德是對的：這些星雲確實是宇宙島，而銀河系只是其中之一。我們現在統稱它們為星系——我們從我們自己的星系中推斷出了這個名稱。
從那時起，又過去了數十年，銀河系形狀的真正本質才變得清晰起來，那時射電天文學家開始測量我們星系中氣體雲的整體運動和距離。由於無線電波可以毫髮無損地穿過塵埃，因此這些研究能夠穿透大裂谷和其他阻擋星光的星際雲所投下的陰影。它們揭示了我們的星系是一個巨大的圓盤，中間有一箇中央凸起——也就是朝著人馬座方向看到的那個塊狀斑點——周圍環繞著星光閃爍的螺旋臂。天空中點綴著許多這樣的螺旋星系，我們側向觀察到的螺旋星系反映了我們用肉眼在天空中看到的銀河星帶。現代測量表明，該圓盤的直徑為 120,000 光年，這是一個巨大的尺寸。大多數恆星離地球非常遙遠，以至於它們的視亮度只是它們真實光輝的無窮小的一部分。
因此，當你站在戶外，欣賞頭頂的銀河時，請記住，你居住在一個巨大的螺旋星系塵埃瀰漫的圓盤的恆星郊區，這個圓盤的直徑超過一千兆公里，充滿了數千億顆恆星，甚至可能數萬億顆行星。而我們的宇宙家園只是散佈在宇宙中的無數星系之一。令人驚歎的是，我們之所以知道這一切，僅僅是因為好奇的人們曾經仰望夜空，心想：“我想知道那淡淡的、模糊的光芒是什麼？”