Question

如何确定太阳系在银河系中的位置?

Answer 1

天文学家们采取多种方式确定太阳系在银河系中的位置。人们只要抬头看一看夜空，就可以看到银河系的大致形状，它像是一条暗淡的光带横亘在天空。这条光带的宽度约为15度，星星比较均匀地分布在光带的两侧。这表明银河系是扁平的圆盘状，我们的太阳系位于圆盘近似平面的某处。如果银河系不是扁平的圆盘状，它看上去就会不同。比如说，如果银河系呈球状，我们看到的银河系就不会是窄窄的一条光带，而是布满了整个天空。如果我们的位置大大高于或低于圆盘平面，我们就不会看到银河系像光带一样横亘在天空--天空就会显得一半亮一半暗。通过测定我们能够看到的所有星星的距离，可以进一步确定太阳系在银河系中的位置。本世纪初，美国天文学家沙普利发现巨大的球状星团分布在以人马星座为中心的一个直径约10万光年的球形范围内。他得出的结论是：这个中心也是银河系的中心，因此银河系看上去像是镶在球状星云中的一个扁平圆盘。

　　75年来，科学家通过射电天文学、光学天文学、红外天文学，甚至X射线天文学等各种技术手段，更精确地测定了银河系螺旋型两翼、气体云、尘埃云、分子云等位置。现代研究得出的基本结论是：我们的太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘，距离银河系中心大约2.5万光年。

Answer 2

太阳系（solar system）就是我们现在所在的恒星系统。由太阳、8颗大行星（原先有九大行星，因为冥王星被剔除为矮行星）、66颗卫星（原有67颗，冥王星的卫星被剔除）以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。行星由太阳起往外的顺序是：水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星(jupiter）、土星（saturn）、天王星（uranus）、海王星（neptune）。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星（terrestrial planets）。宇宙飞船对它们都进行了探测，还曾在火星与金星上着陆，获得了重要成果。它们的共同特征是密度大（>3.0克/立方厘米），体积小，自转慢，卫星少，内部成分主要为硅酸盐（silicate），具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星（jovian planets）。它们都有很厚的大气圈，其表面特征很难了解，一般推断，它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有1000000个以上的小行星（asteroid）（即由岩石组成的不规则的小星体）。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的，或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间，成分是石质或者铁质。

这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转，虽然除了水星的十分接近于圆。行星轨道中或多或少在同一平面内（称为黄道面并以地球公转轨道面为基准）。黄道面与太阳赤道仅有7度的倾斜。冥王星的轨道大都脱离了黄道面，倾斜度达17度。上面的图表从一个特定的高于黄道面的透视角显示了各轨道的相对大小及关系（非圆的现象显而易见）。它们绕轨道运动的方向一致（从太阳北极上看是逆时针方向）,因此,科学家们把冥王星排除在九大行星之外。除金星和天王星外自转方向也如此。

太阳系的构成

太阳系的中心是太阳，虽然它只是一颗中小型的恒星，但它的质量已经占据了整个太阳系总质量的99.85％；余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环，还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在他自己周围，使它们井然有序地围绕自己旋转。同时，太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。

太阳系内迄今发现了八颗大行星。有时称它们为“八行星”。按照距离太阳的远近，这八大行星依次是：最近的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星，木星和土星也被称为巨行星，天王星、海王星也被称为远日行星。除了水星和金星外，其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等，形态各异的小行星，天文学家将这个区域称为小行星带。此外，太阳系中还有超过1000颗的彗星，以及不计其数的尘埃、冰团、碎块等小天体。

太阳系中的各个天体主要由氢、氦、氖等气体，冰（水、氨、甲烷）以及含有铁、硅、镁等元素的岩石构成。类地行星、地球、月球、火星、木星的部分卫星、小行星主要由岩石组成；木星和土星主要由氢和氦组成，其核可能是岩石或冰。

银河系（Galaxy）

银河系是地球和太阳所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名。

银河系呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。从远处看，银河系像一个体育锻炼用的大铁饼，大铁饼的直径有10万光年，相当于9460800000万万公里。中间最厚的部分约3000～6500光年。太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上，距离银河系中心约3.3万光年。

银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成。而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。沙普利得出，银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距。这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代，银河系自转被发现以后，沙普利的银河系模型得到公认。

银河系是一个巨型旋涡星系，Sb型，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米／秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概 在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生 ...

银河系是太阳系所在的恒星系统，包括一二千亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的总质量是太阳质量的1400亿倍。在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内，扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“核球”，半径约为7千光年。核球的中部叫“银核”，四周叫“银盘”。在银盘外面有一个更大的球形，那里星少，密度小，称为“银晕”，直径为7万光年。银河系是一个旋涡星系，具有旋涡结构，即有一个银心和两个旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋转速度和周期，因距银心的远近而不同。太阳距银心约2.3万光年，以250千米/秒的速度绕银心运转，运转的周期约为2.5亿年。

银河系物质约90％集中在恒星内 。恒星的种类繁多。按照恒星的物理性质、化学组成、空间分布和运动特征，恒星可以分为5个星族。最年轻的极端星族Ⅰ恒星主要分布在银盘里的旋臂上；最年老的极端星族Ⅱ恒星则主要分布在银晕里。恒星常聚集成团。除了大量的双星外，银河系里已发现了1000多个星团。银河系里还有气体和尘埃，其含量约占银河系总质量的10％，气体和尘埃的分布不均匀，有的聚集为星云，有的则散布在星际空间。20世纪60年代以来，发现了大量的星际分子，如CO、H2O等 。分子云是恒星形成的主要场所。银河系核心部分，即银心或银核，是一个很特别的地方。它发出很强的射电、红外，X射线和γ射线辐射。其性质尚不清楚，那里可能有一个巨型黑洞，据估计其质量可能达到太阳质量的几千万倍。对于银河系的起源和演化，知之尚少。

1971年英国天文学家林登·贝尔和马丁·内斯分析了银河系中心区的红外观测和其他性质，指出银河系中心的能源应是一个黑洞，并预言如果他们的假说正确，在银河系中心应可观测到一个尺度很小的发出射电辐射的源，并且这种辐射的性质应与人们在地面同步加速器中观测到的辐射性质一样。三年以后，这样的一个源果然被发现了，这就是人马A。

人马A有极小的尺度，只相当于普通恒星的大小，发出的射电辐射强度为2*10（34次方）尔格/秒，它位于银河系动力学中心的0.2光年之内。它的周围有速度高达300公里/秒的运动电离气体，也有很强的红外辐射源。已知所有的恒星级天体的活动都无法解释人马A的奇异特性。因此，人马A似乎是大质量黑洞的最佳候选者。但是由于目前对大质量的黑洞还没有结论性的证据，所以天文学家们谨慎地避免用结论性的语言提到大质量的黑洞。我们的银河系大约包含两千亿颗星体，其中恒星大约一千多亿颗，太阳就是其中典型的一颗。银河系是一个相当大的螺旋状星系，它有三个主要组成部分：包含旋臂的银盘，中央突起的银心和晕轮部分。

螺旋星系M83，它的大小和形状都很类似于我们的银河系

Answer 3

自从1805年，赫歇耳发现太阳相对附近的星星是运动的现象之后，就推断出太阳不是银河系的固定中心。然而
在银河系内，仿佛有一个中心或近似中心的位置。

碰巧，银河差不多是被均匀照亮的，这使太阳位于银河系中心的假设有些合理化了。如果银河位于中心的一侧，
则此方位比其他方位看上去要厚且亮。从银河系中心向边缘附近看去，我们会发现星星比较少。另一方面，朝其中
心望去，我们将面对银河系的遥远的另一端，在那似乎拥有大量的星星。然而，不管它看上去多合理，太阳一定在
银河系中心或中心附近的理论是站不住脚的。如果是真的话，不仅银河里的所有星星应是均匀分布的，而且银河系
的其他方位也应是对称的，但并不是这样，毕竟存在着我们前面讨论过的球状星团。它们中的大部分位于天空一侧，
而且1/3 是在人马星座里。

为什么会出现如此独特的不对称现象呢？在1912年，美国天文学家亨利埃塔。斯旺。李维特在研究麦哲伦云时，
此答案才开始形成。两个模糊的斑片，即大麦哲伦云和小麦哲伦云，看上去像银河中被分离出来的部分。只能从南
半球看到它们，而且以第一个看到它们的欧洲人费迪南德。麦哲伦的名字命名的，他是在1521年，横渡位于南美洲
最南端的麦哲伦海峡时发现的。

约翰。赫歇耳于1834年在非洲最南端的天文台研究它们时，发现它们像银河一样是由众多星星组成的，麦哲伦
云在天空中延伸出许多光年，但由于它们离我们太远，以至于可粗略地认为它们到地球的距离是相同的（就如同人
们虽然散布在芝加哥城的各处，但这些人到巴黎的距离是近似相同的）。

小麦哲伦云有一些仙王座的变星，它们离我们大致一样远，这种星是约翰。古德里科于1784年发现的。仙王座
变星是一种变化的恒星，其特性由质量和距离两个因素决定。而且，亮度是随着星的质量的增加而增强，随着与我
们的距离的增大而减弱。因此非常亮的仙王星或是非常大，或是离我们非常近。但要分清哪一个假设是真的，一般
是不可能的。但既然认为小麦哲伦云中的所有仙王座变星到地球的距离大致是相同的，在这种情况下，可以不考虑
距离。如果发现小麦哲伦云的一颗星比另一颗星亮，那我们就该明白我们就可断定我们感觉较明的那颗星一定是两
颗中较大的，而且事实上也是如此。李维特发现在小麦哲伦云中，仙王座变星越明越亮，其变化周期越长，发光度
与周期之间存在着一致的关系。

那么，假如你知道某特定的仙王座变星的距离，就可测得它的周期。根据这些条件，你可以确定它的发光度，
并得到由李维特发现的发光度周期曲线图。那么，你可以研究任何其他的仙王座变星。根据它的周期，通过李维特
的曲线图，可知道它的发光度，再以此为根据，可得到天空中这样亮度的星星位于多远处。用这种“仙王座变星的
标准”可测量星星的距离，但因距离太远而产生了测量误差。可是，我们明白，由于视差，即使是最近的仙王座变
星也因为离我们太远而无法确定它的距离，所以我们没有距离图表，而它必须是首先建立的。

然而，在1913年，赫茨希普鲁（发现了红色巨星）通过细致的推理，设法解决了一些无视差的仙王座变星的距
离，这样就建立了标准。在1914年，美国天文学家哈洛。夏普利把标准应用于他指定的不同的球状星团中的仙王座
变星。他得到每个星团的距离，然后在它们各自的方位和距离上设计了它们的模式。这给他提供了所有球状星团的
三维模型，他发现该模型形成了一个近似的天体球，它的中心在人马座外几千光年处。

夏普利认为球状星团的范围在银河系中心，因而好像离我们很远，这一假设是合理的。事实上，他过高地估计
了距离，如今，我们知道太阳不是位于银河系中心或中心附近，而是向一侧偏3000光年。

既然是这样，为什么我们没觉得银河在人马座方向上比在其相反方向上要亮得多？事实上，某种程度上，银河
在人马座方向上要比在其他方向上亮且复杂，但是我们不能看到银河系中心和边缘。在银河中杂乱分布的暗星云掩
盖了那个方向上的绝大多数星星。也就是说，当我们看天空时所看到的只是银河系的相当小的部分，它构成了距太
阳系最近的外部区域——我们的邻居。如果只考虑银河系的这部分，那我们就位于它的中心附近，但是我们离它的
实际中心还很远。