出品："SELF格致论道讲坛"大众号（ID：SELFtalks）
以下内容为我国科学院上海地理台沈俊太讲演实录：
咱们好，我是来自中科院上海地理台的沈俊太，十分高兴来到SELF讲坛。今日我想给咱们讲一讲关于银河系的一些作业。
这是一张星空的相片。我想请问在座的各位，有谁真的看到过银河？如同十分少，这也很正常，由于上海的天光有点儿太亮了，并且有雾霾，所以咱们看不清楚星空。
假定咱们到邻近的高山上去看，星空是十分美丽的。银河便是图片里这条明暗交织的暗带，银河系便是太阳地点的星系。
太阳和其他的恒星，并不是均匀散布在整个世界中，而是成为一个一个的团体，再散布在整个世界中。就像人类并不是均匀地散布在地球的表面上，咱们会集居住在城市里，城市之间的地带人十分少。
咱们方才说银河系便是图片中的这条暗带，那我想请问一下在座的各位，这些不在这条暗带里边的恒星，属不归于银河系？其实这些星星离咱们都十分近，都归于银河系。
假定咱们把银河系幻想成一个盘子，一切咱们肉眼能看到的星星都在图中这个小红圈里边，所以咱们就会觉得这些银河系内的恒星如同是散布在五湖四海，但其实它们都在银河系里边。
这是别的一张十分美丽的星空，是在智利5000米的高山上拍照的，那是世界上最好的观测台址之一。咱们能够看到相片中除了繁星点点，还有一些其他的天体。在人类学会运用望远镜之后，咱们对这些天体有了更深化的了解。
比方仙女座大星云、M33星云。还有其他的一些天体，比方说球状星团，十分美丽，它是1万颗恒星集合在一个十分小的空间构成的。那么这些天体（星云和星团）在银河系之内吗？我把这个问题的答案留在后边。
咱们日子在银河系里，很自然地，咱们想知道银河系的全貌是什么姿态。咱们都知道苏东坡的这首诗“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。正由于咱们日子在银河系里，咱们反而很难看到银河系的全貌。
或许有人就想，咱们造一艘世界飞船，飞出整个银河系，咱们不就能看到它的全貌了吗？现在人类造出的间隔地球最远的飞翔器叫做旅行者一号，它现在的运转速度是6万公里每小时。咱们知道我国的高铁最高速度是300-350公里/小时，这种世界飞船比咱们的高铁快200倍。假定咱们乘坐这艘世界飞船，从北京到上海只需求一分钟！
那假定咱们乘坐旅行者一号飞出银河系，咱们猜猜要多长时刻？5000万年！咱们人类只要五千年有文字的前史，明显这是天方夜谭，咱们不或许飞出银河系去看银河系的全貌。但咱们仍然能够问这些问题，银河系实在的容貌是什么姿态？银河系是不是绝无仅有的？为什么银河系会演化成现在的姿态？地理学家一向也在诘问这些问题的答案。
大约250年前，英国的地理学家赫歇尔初次勾勒出了银河系的巨细。在这个图中咱们能够看到，他以为太阳在银河系的中心邻近，银河系是一个扁平状的结构，它的直径是6400光年，厚度是1300光年。
又过了一百多年，美国的闻名科学家夏普利经过研讨球状星团的空间散布，发现太阳其实并不在银河系中心，推翻了有500年前史的日心说，这是咱们人类认知世界前史上的一个巨大的腾跃。
这个图里有许多小圆圈，每个小圆圈代表1个球状星团，每个球状星团内包含了1万到10万颗恒星，它很亮，所以咱们能在很远的当地看到它。图中黄色的小星星代表太阳，其时夏普利做了一个十分斗胆的假定，他假定球状星团便是银河系的一个子体系，那么球状星团的中心就应该是银河系的中心，可是经过丈量，他发现太阳并不在这些球状星团的中心，所以他就斗胆地估测，太阳并不在银河系的中心。
并且他以为银河系便是整个世界，咱们方才看到的那些美丽的旋涡星云，都在银河系之内。当然，并不是每一个科学家都附和夏普利的观念。1920年，美国科学院就爆发了一场关于世界标准的大辩论，一派以夏普利为代表，一派以柯蒂斯为代表。
夏普利这一派以为银河系十分之大，它便是整个世界，旋涡星云便是处于银河系内的气体云。另一派的观念则以为，旋涡星云在银河系之外，它们是恒星体系，不是气体云，并且每一个星云就像银河系相同，是一个岛世界，整个世界是由许多银河系这样的岛世界构成。假定说世界是一个大洋，那么每一个星云都像银河系相同，是一个漂浮在大洋上的岛屿。
其时这场论争并没有成功方，首要是由于其时没有很好的观测设备，咱们的科学知识也很短缺。那么请咱们想一想，怎样才干最好地答复这个问题？假定咱们有一把量天尺，能够精确地丈量离咱们最近的星云的间隔。假定这个间隔大于其时已知的银河系标准，它们就在银河系之外，反之就应该在银河系之内。
那个时分，咱们现已开端意识到，有一种十分有意思的变星，能够作为一个很好的量天尺。这种变星叫做造父变星，变星便是这个星星的亮度在天空中发作周期性的明暗改变。经过丈量造父变星的光变周期，咱们就能够推出它自身的光度，知道它自身的光度今后，经过和视亮度比较，咱们就能够测出间隔来。
就好比咱们知道一根蜡烛原本是多亮，假定咱们看到它很亮，阐明它离咱们很近，假定看到它很暗，阐明它离咱们的间隔十分远。
四年之后，哈勃果然在仙女座大星云发现了这一类造父变星。哈勃是十分闻名的地理学家，现在在地球之外飞翔的一个太空望远镜，便是以他的姓名命名的，哈勃太空望远镜。左面这个图便是哈勃正在用望远镜进行观测，他用的是其时刚刚完工的世界上最大的望远镜虎克2.5米望远镜。
有了这个观天利器，哈勃就十分具体地研讨了仙女座大星云，他发现其中有许多造父变星。他假定这些造父变星都归于仙女座大星云，就能够经过造父变星的间隔推出仙女座大星云离咱们的间隔。他推出这个间隔大约是100万光年，远远大于其时已知的银河系的标准30万光年。所以他就证明了仙女座大星云在银河系之外，银河系并不是整个世界。
在哈勃之后，咱们逐步意识到星系是世界的基本组元，世界中有许多像银河系相同的岛世界星系。星系还能够被细分为几类，左面这张图是椭圆星系，右边是旋涡星系，旋涡星系像一个盘子相同，这是从正面看过去的姿态，它有很美丽的旋臂结构。
旋涡星系又能够被细分为两类，一类叫做正常的旋涡星系，另一类叫做棒状旋涡星系。那咱们的银河系归于哪一类星系？为了答复这个问题，咱们再从头检视一下在可见光波段咱们看到的银河系。
咱们能够看到银河系上有许多暗带，这些暗带为什么是暗的？由于银河系中有许多尘土，尘土会遮挡咱们的视野，就像雾霾相同，尘土背面的这些东西被尘土挡住，在天空上显现出来是暗区。
为了处理这个问题，咱们能够去红外波段看一看，这是在红外波段看到的银河系。红外波段的光的波长比可见光要长，所以这些光能够穿透尘土，让咱们看到背面的恒星，所以这些暗带都消失了。咱们看到的是一个扁的盘状结构，所以银河系是一个旋涡星系。别的咱们会注意到银河系的中心有一个很亮的东西，这个物体叫做核球，大约有1/3的恒星都坐落这个核球，所以它十分重要。
这是咱们从旁边面看到的银河系，那么银河系的正面图是什么姿态？咱们前面说到，咱们在银河系之内，很难看到它的全貌，那咱们该怎样办？有一个办法，我给咱们做一个类比，假定世界上没有镜子，你不知道自己长什么姿态，但你能够去看一看你的兄弟姐妹、亲戚朋友的姿态，计算你自己长什么姿态。假定他们有一个鼻子两只眼睛，那你或许也是一个鼻子两只眼睛。
所以咱们能够到银河系之外去寻觅创意。这是银河系的一个兄弟姐妹，叫做UGC 6093。它是一个旋涡星系，有很美丽的旋臂，并且中心有一个长条形的棒。除此之外，它还有一个十分亮的中心，叫中心核球。这个星系的核球和咱们银河系的核球是不是一回事儿？
关于核球，地理学界有个经典理论，他们以为旋涡星系的核球都是在星系并合的进程中发生的。假定有一大一小两个星系，大的会把小的吃掉，构成一个更大的旋涡星系，中心构成一个核球。
那么经典理论也适用于咱们的银河系吗？我现在想提示咱们重视这两点。榜首，银河系中心核球的左面看起来要比右边要大一些；第二，这个核球看上去不是咱们从旁边面看到的椭球形结构。所以我在美国做博士后的时分，就对这个问题发生了爱好，回国今后，我就展开了这个课题的研讨。
咱们提出了一个假定，或许银河系的核球并不是星系并合发生的，而是银盘自发发生的。为了证明这个假定，咱们首要需求做一些公式的推导，然后把咱们的理论放到计算机里，让计算机模仿每一颗恒星的运动，最终咱们能够构建一个关于银河系的模型，然后把这个模型和咱们现有的观测相比较，看二者是否契合。
这是咱们的一个模型，最开端银河系是没有棒的，它是一个圆盘，逐步地，它会取得一个旋转的棒。这个棒构成之后，咱们看旁边面，银河系如同有一个波浪形的不稳定性。这种不稳定性饱满今后，中心就变得十分厚。所以咱们以为核球便是旁边面看到的银河系的棒。
咱们的模型和其时的观测成果吻合得十分好，左面的图是关于核球形状的比较，咱们会看到左面的核球要大一点，右边的核球要小一点。由于棒的朝向和咱们视野方向有个视点，咱们在左面看到的是棒的近端，在右边看到的是远端，所以近端就显得比远端大一些。更重要的是，咱们的模型和银河系的运动学的数据吻合得十分好，咱们的模型能够很好地解说这些观测的数据点。
咱们的作业也促进了科学界对银河系的深化了解，这是艺术家依据科学数据制作的一张银河系的正面俯视图，在这幅图中，下面那个点便是太阳系。假定把银河系比作上海市，银河系的中心便是上海的公民广场，但太阳并不在银河系的中心，太阳在城外，大约是虹桥机场的方位。在银河系中心有一个长条形的棒，英文是Bar。Bar还有一个意思，酒吧，在城市的什么当地最简单找到酒吧？城市的中心。
咱们的观念便是咱们看到的银河系的核球，其实便是从旁边面看到的银河系的棒。上图便是一个典型的银河酒吧，有许多外星人在喝酒。什么东西和酒最调配？花生米。咱们居然真的在银河系的中心发现了一颗花生米。
咱们以为银河系原本的形状便是一个类似于花生状的结构。左面这个动图，其实并不是核球在转，而是咱们的视角在转，给人一种三维的感觉。并且银河系中的核球在其他的星系里也能够看到，最右边这个图的左下方，就有一个包含了花生状核球的星系，它长得十分像花生。
在这个酒吧里，咱们还发现了其他十分有意思的吃的东西。花生核球里边，恒星有十分共同的运转轨迹，左面的图是恒星的运转轨迹，上面是俯视图，下面是侧视图，从旁边面看过去，这个恒星的运转轨迹十分像一个香蕉。
咱们还发现了一些像椒盐卷饼相同的恒星轨迹。
咱们的研讨正式宣布今后，得到了科学界的许多重视。出其不意的是，咱们的作业居然也引起了神学界的重视。这是美国一个基督教网站头条的截图，标题是“银河系不是一个往常的星系”，所以银河系有必要是神发明的。这个人是多伦多大学的天体物理博士，但后来他致力于从科学发现里寻觅神创论的痕迹，这是他们对咱们的论文的一个引证。
但其实他们只看到了咱们论文的摘要，就特别激动地写下了那个头条，其实咱们在论文的正文里明确地写道，咱们的银河系其实并不是一个共同的星系。银河系从旁边面看上去，就很像上图的NGC 4565。
在科学界一般来说，假定咱们的作业得到其他人的引证或点评，咱们都会感到十分高兴、自豪，但咱们的作业居然得到了神学界的引证，是一种很为难的感觉。
信任咱们经过我讲的内容，对科学研讨的办法有了大约的了解。科学研讨总是先从观测或试验现实动身，然后提出假定和模型。首要，你的理论有必要能够解说现有的观测成果，但最重要的是，你的理论还要给出一些咱们没有观测过的预言，观测学家再沿着这个方向去观测、去做试验。假定你的预言得到了证明，那么祝贺你，你的理论经过了新一轮的检测。但假定这些预言没有得到证明，就标明你的模型需求修正，乃至是过错的，需求提出一套新的模型。就像夏普利推翻了日心说，但他也被哈勃证明他的许多观念是过错的。咱们关于银河系模型做的这些作业，或许过几年会被其他人证明是错的，咱们的科学研讨总是这样一个螺旋式上升的进程。
在研讨星系和世界的进程中，我总是被一句话感动，“世界最不可了解之处，就在于它居然是能够被了解的”。咱们藐小的人类，只要几千年有文字的前史，科学萌发也只是只要几百年的时刻，咱们居然能够了解到这么多关于世界的奥妙，这自身便是一件十分令人吃惊的作业。
最终，我想用这首打油诗来感谢SELF讲坛。
格物致知天道宽，耿耿银河路可攀。
我的讲演就到这儿，谢谢咱们。
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