科学家是如何确定我们在银河系中的位置的?换句话说,我们是如何知道我们的太阳系位于螺旋星系的旋臂上,远离星系中心的?

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劳伦斯·A·马歇尔,宾夕法尼亚州葛底斯堡葛底斯堡学院物理系回答

“这个问题没有简单的答案,因为天文学家已经遵循了许多证据线索来确定太阳系在银河系中的位置。但是一些通用的技术可以简要地概述一下。

“在千亿颗恒星的云团中找到自己的位置——当一个人无法超越自己的星球旅行时——就像试图在被绑在一棵树上的同时绘制森林的形状。人们只需环顾四周就能大致了解银河系的形状——一道参差不齐、朦胧的光带环绕天空。它大约有 15 度宽,恒星相当均匀地集中在这条带上。这一观察表明,我们的银河系是一个扁平的恒星盘,我们位于靠近星盘平面的某个位置。如果它不是一个扁平的星盘,它看起来会不同。例如,如果它是一个恒星球体,我们会看到它的光芒遍布天空,而不仅仅是一条窄带。如果我们位于星盘平面上方或下方相当远的距离,我们就不会看到它将天空一分为二——银河系的光芒会在天空的一侧比另一侧更亮。


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“通过测量我们能看到的所有恒星的距离,可以进一步确定太阳在银河系中的位置。18 世纪后期,天文学家威廉·赫歇尔试图这样做,他得出结论,地球位于一个‘磨石’状的恒星云的中心。但赫歇尔没有意识到星际尘埃小颗粒的存在,这些尘埃会遮蔽来自银河系中最遥远恒星的光线。我们似乎位于云层的中心,因为我们在所有方向都看不见更远的地方。对于一个被绑在雾蒙蒙的森林中的树上的人来说,无论身在何处,森林都像是在所有方向上均匀地延伸开来。

“本世纪初,哈洛·沙普利测量了被称为球状星团的大型星团的距离,从而取得了将地球从星系中心移到距边缘约 3/5 位置的重大突破。他发现它们呈球形分布,直径约 10 万光年,中心位于人马座中的某个位置。沙普利得出结论(其他天文学家后来也证实了这一点),球状星团分布的中心也是银河系的中心,因此我们的星系看起来像一个扁平的恒星盘,嵌入在一个球形的云或球状星团的‘晕’中。

“在过去的 75 年里,天文学家使用各种射电、光学、红外甚至 X 射线天文学技术完善了这幅图景,以填充细节:旋臂的位置、气体和尘埃云、分子浓度等等。现代的基本图景是,我们的太阳系位于螺旋臂的内边缘,距离星系中心约 25,000 光年,方向朝向人马座。

“有关我们如何了解这一切的详细信息,幸运的是,有两本优秀且互补的书籍:《我们星系的发现》,查尔斯·A·惠特尼 (Knopf, 1971) 著,《天体炼金术:在银河系中寻找意义》,肯·克罗斯韦尔 (Anchor Books, 1995) 著。

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