5．天上有个好莱坞

我们头顶上的迢迢银河是一座宇宙中的星城，是天上的好莱坞。上一节中涉及的肉眼可辨的所有恒星，还有我们的太阳和太阳系，绝大多数都属于这座巨大的星城——银河系（图1-5-1）。

宇宙实在太大太大了！如果将每个天体比作一个生命体，我们人类只像是寄生于地球身体上极其微小的生物。那么，太阳系算是地球之家，银河系则是这个家所在的城市。这一节中，我们就来探索一下这个城市。

在非常久远的古代，人类就认识了银河。那是悬挂在静谧夜空中的令人遐想的一道星河。孩子们想象着是否可以跳到天河中去游泳？成年人则以银河两边两颗晶莹闪烁的星星编出了牛郎织女等浪漫的神话故事。此外，中国古诗词中也不乏描写银河的句子：王建用“天河悠悠漏水长，南楼北斗两相当”的句子来描写夜空；

杜甫则以“星垂平野阔，月涌大江流”来抒写自己的抱负和情怀。

西方文化中也有类似的神话，将银河称为“牛奶路”。这个“奶”字来源于希腊神话，意指这条“天河”，是天帝宙斯的妻子（天后赫拉）在天上洒落的乳汁。

但是，神话和联想只停留在文学和艺术的意义上，只有科学才能让我们进行更深入的探索。有了科学的帮助，人类才得以了解满天繁星后面暗藏着的秘密。比如说，我们现在知道了天空中绝对亮度最亮的北极星距离地球约323光年！而牛郎星和织女星相距16光年，就算用光速进行通话，来回一次也要32年，看来是不可能约定每年一次的七夕相会了。

古人也知道银河是由无数星星组成的，但人类真正对银河系有了科学的认识，还是从近代才开始。

我们现在抬头仰望银河，可以给孩子们滔滔不绝地讲解有关地球、太阳系、银河系、行星、恒星、彗星、星云等天文知识。与银河系有关的许多天文观测记录，都和一位传奇的女天文学家卡罗琳·赫歇尔（1750—1848），以及她的哥哥，英国著名天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel，1738—1822）的贡献有关。

1785年，威廉认为银河系是扁平的，太阳系位于其中心。30多年后，美国天文学家沙普利从威廉兄妹的观测数据，得出太阳系位于银河系边缘的结论。直到20世纪20年代，天文学家们才认识到银河系正在不停地自转。

赫歇尔这个名字，实际上是一个天文学界中的著名家族，包括上面提及的威廉，他的妹妹卡罗琳，和威廉的儿子约翰·赫歇尔（1792—1871）。

卡罗琳是科学史上少有的杰出女性之一，她的经历颇具传奇性。她是赫歇尔家庭中十个孩子里的第八位，小时候多灾多病。在10岁时，她得了斑疹伤寒，导致脸上疤痕累累。她身材矮小，据说高度长到4.3英尺就停止了。由于发育不良，她的父母认为她不会结婚，没给予她正规教育，而是把她训练成一名仆人。但是后来，老赫歇尔去世后，威廉发现了妹妹的天赋，将她从家中解救出来，让她走向了外面的广阔世界。

威廉·赫歇尔对音乐有浓厚的兴趣，而且造诣颇深。他让卡罗琳学习音乐，教她如何唱歌。卡罗琳很快成为一个多才多艺的女高音，不过她只在威廉举办的音乐会上演唱。当威廉的兴趣转向天文观测方面之后，卡罗琳又成为他在这方面不可或缺的得力助手。

卡罗琳学会了如何擦亮透镜，如何自己制作望远镜。威廉还教会卡罗琳如何记录观察到的资料和数据，如何进行必需的数学计算。兄妹俩用亲手制成的望远镜（图1-5-2），先后探察了北半球1083个天区的共计11万多颗星星。

1781年3月13日，赫歇尔兄妹在观测双星时发现了一颗新的行星——天王星。这项发现为他们赢得了巨大的声誉，也使威廉于1782年成为英国皇家天文学家。于是，卡罗琳随哥哥前往英国，但威廉经常需要外出进行学术活动，卡罗琳则作为威廉的管家和助理留在家里。这种时候，她也从不放过任何一次观测天象的机会。并且，她逐渐积累起不少自己独立观测到的天文记录。

1783年2月26日，卡罗琳发现了一个疏散星团（NGC 2360），并在那年年底又发现了另外两个星团。在1786年8月1日，卡罗琳发现一个发光物体在夜空中缓缓行驶。她在第二天晚上再次观察到这颗天体，并立即通过邮件提醒其他天文学家，宣布自己发现了一颗彗星。她还告知其他人该彗星的路径特点，使他们可以观测研究。这是目前公认的第一颗女性发现的彗星，这一发现使卡罗琳赢得了她的第一份工资。1787年，卡罗琳正式被乔治三世国王聘用为威廉的助手，成为第一位因为科学研究而得到国王发给工资报酬的女性。

卡罗琳总共独立地发现了14个星云和8颗彗星。她终身未嫁，是否谈过恋爱我们也不得而知，她把每一天的生命都贡献给了天文观测（图1-5-3）。

在1822年威廉去世后，卡罗琳从英国返回德国，但并没有放弃天文研究，她整理出了自1800年威廉发现的2500个星云列表。她帮助天文学会整理和勘误天文观测资料，补充遗漏，提交索引。英国皇家天文学会为表彰她的贡献，授予了她金质奖章。在她96岁时，普鲁士国王也授予她金奖。

威廉死后，他的儿子约翰子承父业，继续父亲和姑姑的工作。约翰把观测基地移到了南非，在那里探测了2299个天区的共计70万颗恒星，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥。从三位赫歇尔大量的观测结果（近百万颗星星！），人们才开始认识到世界之大、银河系之大，而整个太阳系不过是银河系边缘上一个不起眼的极小区域而已。

后来，美国著名的天文学家爱德温·哈勃（Edwin Hubble，1889—1953）第一次将人类的眼光投向了银河系之外。也就是当人们认识到“天外还有天，河外还有河”之后，才对银河系这个天上的大城市有了更多的认识和了解。有些时候，需要设想让自己“跳出”银河系来观察银河系才更为准确。否则便成了“不识银河真面目，只缘身在此河中”。

哈勃将宇宙中的星系按其外观分为两类：椭圆星系和旋涡星系，旋涡星系中又包括正常的旋涡星系和棒旋星系。此外，还观察到一些形状不太规则的星系，暂时称它们为不规则星系，见图1-5-4。哈勃的星系分类规则被沿用至今，不过从现代天体物理的观点看，哈勃对这几类星系演化历史的解释却不正确。

哈勃认为他的星系分类法也描述了星系的演化，也就是说，星系按照图1-5-4中从左到右所示的过程演化：最左边最接近球形的星系是幼儿时期，然后变成椭圆，再变成有旋臂的旋涡星系，之后旋臂会逐渐减少。根据现代的星系演化理论，过程却正好反过来。最开始星系由许多球状小星团融合而成，融合到一定程度便开始旋转形成圆盘状，并产生多条旋臂。之后，旋臂数逐渐减少，最后变成椭球形。

现代的观测估计，银河系大约包含了2000亿颗恒星。虽然恒星只是星系的主要成员，但这个数目已经大大超过了地球上的总人口数。所以，仅仅将银河系比喻为一座大城市，其实是大大地“小看”它了！

这么多的恒星，是如何分布在银河系这座城市里的呢？

银河系在不停地自转，早期认为属于正常的旋涡星系，但现在有证据表明它是一个棒旋星系，因为在它的核心，有一个类似长棒的恒星聚集区，见图1-5-5（a）中的俯视图和侧视图。太阳系又以每秒250km的速度围绕银河中心旋转，旋转周期约2.2亿年。据说包括暗物质在内的银河系总质量大约是8000亿个太阳（这个数值很难说，各种模型的估算值之间相差很大！）。整个银河看起来，像是一个形状扁平的飞碟，在空中飞速旋转。飞碟直径大约10万光年，中心厚度大约1.5万光年，边缘厚度也有3000光年。太阳系算是住在银河系的“郊区”，离中心处2.8万光年左右。也正因为地球是从比较边缘处望这个大盘子，所以银河系看起来才像一条带子，或者说像是“一条河”了。

大多数亮晶晶的星星都集中在银核和银核周围的银盘上，银盘实际上又由几条旋臂组成。银河的主要区域是圆盘形，但外面还有两层由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体，称为银晕，见图1-5-5（a）右上方图中的内层银晕和外层银晕。此外，按照最新的理论，图中所画的这一切都应该“泡”在一个更大的“暗物质”的海洋中。

近几年来天文探测技术突飞猛进，科学家们发现，大多数星系的中央都存在一个超重黑洞，我们的银河系也是如此。在距离地球2.6万光年的地方，靠近银河系的中心处有一个人马星座，也就是人们俗称的射手座。这个星座的星星排列方式看起来如同一个半人半马的射手形象，因而得名“人马”。近几年来，人马座A ^* 引起了天文学家们的极大兴趣，因为它是一个强大的红外线和X射线辐射源。一位德国科学家在2008年最终证实，人马座A ^* 位于银河系中心，就是一个质量约为400万倍太阳质量的超大黑洞。

我们这个大盘子城市的“市中心”的核心部分竟然是一个超大质量黑洞！黑洞具有将周边物体吸进洞中的能力，进去就出不来，有点像是恒星的“坟墓”。在黑洞的周围是恒星密集的“银核”。银核像一座长长的橄榄球形城堡，也可以说是一个“养老院”，因为其中居住的几百亿颗恒星中，大多数是老耄之年的白矮星。

银核的外面是银盘。这个天天挂在我们夜空中的大盘子实际上由好几条旋涡形的“手臂”组成，称之为旋臂。我们从地球上看到它的侧影，很像一条河。但如果我们能够跳出地球，到大盘子的正面去看它，它更像一个旋转的风车。风车有4个叶片，即银河系的4条主要旋臂，分别是矩尺、半人马-盾牌、人马与英仙等主要旋臂。太阳系位于半人马与英仙臂间的次旋臂（猎户臂）中。旋臂主要由星际物质构成，也有或疏或密的恒星散布其中，就像城市边沿的郊区部分，居民比市中心少多了，时而密集、时而零落地散布在空旷的原野中，见图1-5-5（b）。

在银河旋臂中居住的主要是年轻的恒星，类似太阳，它们还在发光发热，处于精力旺盛的主序星阶段，喜欢住郊区。此外，那里也有聚聚散散、四处游荡的童年恒星。

在球形外围的银晕部分，大部分是稀疏的尘埃和星云，也零散地分布着少量恒星，其中也有一些白矮星类型的“孤寡老人”。 GL0oXB9tJfPPhl0L+Gu0stVLCZ7KDSW00b74S+8oE34fRj/yP5q1pNY08ZywROYF