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趴在桌上画银河,我试着手绘了一张三维星图

说出来你可能不信,这件事的起因特别简单——有天晚上我啃着苹果翻一本旧天文书,看到一张银河系俯视图,旁边标注着“旋臂”“银核”“太阳位置”,我盯着那个标注“太阳”的小点,突然意识到一个问题:我看过无数张银河系的平面图,却从来没在脑子里建立起它的立体形状,太阳到底是在盘面上方还是下方?银心隆起成什么样子?如果飞一艘飞船从侧面穿过去,会看到什么?书上的图回答不了这些,于是我干了件挺笨也挺好玩的事——我决定自己手绘一张银河系的三维图。

趴在桌上画银河,我试着手绘了一张三维星图

第一道坎:银河系到底长什么样

动笔之前我信心满满,心想不就是画个漩涡嘛,结果铅笔刚碰到纸就卡住了——银河系的旋臂到底有几条?它们怎么弯曲的?银盘有多厚?我发现自己对这颗“家园星系”的了解,其实全是碎片。

翻了几本星图集和天文数据库的描述之后,一个立体的银河系才慢慢在我脑子里拼凑出来,简单说,银河系像一个中间鼓、边缘扁的发光盘子,但如果只是这样画,太粗糙了,更准确的描述是:它是一个棒旋星系,中心有一根恒星密集的棒状结构,从棒的两端甩出几条巨大的旋臂,整体直径大约10万到18万光年,太阳不在中心,而是偏在一条叫“猎户臂”的次级旋臂上,距离银心大约2.6万光年,更让我惊讶的是厚度——银盘的主体厚度大约1000光年,但中心核球的部分像一颗扁球形的灯泡,明显鼓出来,厚度能达到1万光年以上,盘面上的气体和尘埃也不是均匀铺开的,很多集中在旋臂里,而且盘面其实是微微翘曲的,像一张被捏了一下边缘的黑胶唱片。

趴在桌上画银河,我试着手绘了一张三维星图

把三个维度都压在纸上

这是整个手绘过程最折磨人也最过瘾的部分,平面图只需要考虑x轴和y轴,顶多加个颜色表示密度,但三维图意味着我必须同时处理俯视结构侧视厚度,还要让看的人一眼就能辨认出来。

我先用铅笔轻轻勾了个倾斜的椭圆当作银盘的基础面,然后在这个面上标记出旋臂的走向,这里有个技巧:如果不加透视,旋臂会像贴在纸上,完全没有立体感,所以我把靠近观察者一侧的旋臂画得稍粗、间距拉开,远离的一侧则画得密一些、细一些,利用近大远小的规律制造深度暗示,几条主旋臂的名字写在这里方便对照——英仙臂、矩尺臂、盾牌-半人马臂、人马臂,太阳所在的猎户臂是它们之间的一个次级分支。

侧视厚度是最难表现的,我选择在图的左下角单独画了一个侧视剖面小图,把银盘画成透镜形状,中间鼓起,边缘逐渐变薄,太阳的位置用小箭头标出,大约在银道面偏北一点点的地方——这个细节让我挺感慨,原来我们并不严格“在”盘面正中,而是稍稍浮在盘面以北几十光年的位置,画完这个侧视图之后,我顺手在旁边的空白处做了个简单的厚度对比表,用不同颜色区分了几个主要结构的尺度关系:

结构 大致厚度 手绘表现方式
银盘(恒星盘) 约1000光年 浅灰薄层,边缘渐淡
核球 约1万光年 暖黄色扁球,中心最亮
银晕 远超银盘,弥散分布 极淡的点状晕,表示球状星团
翘曲区域 外围气体层偏离盘面 盘面边缘微微上扬的弧线

颜色带来的“体积感”

铅笔稿完成后,我开始上色,这一步比想象中更需要理智——因为银河系的颜色不是我们看到的那种五彩斑斓的深空照片,那些颜色多半是后期合成的,我要画的是一张基于物理分布的概念图,颜色必须传递信息。

核球部分我用了暖黄到橙色的渐变,因为那里聚集了大量年老的、偏红偏黄的恒星,整体光色偏暖,旋臂则用了偏冷的蓝白色调,尤其是沿着旋臂内侧点上去的亮蓝色小点,代表那些刚诞生不久的高温大质量恒星,它们往往集中在旋臂的星云里,像一串发光的珠链,盘面整体覆了一层极淡的灰蓝,模拟星际尘埃对光线的消光效果,最外层我刻意留白很多,只稀疏地点了些淡灰色的小点——那是银晕里的球状星团和暗物质晕的示意范围,画得太实反而会误导,上色的时候我发现一个有意思的事:一旦颜色把核球、旋臂和盘面的层次拉开,原本平面的线条一下子就有了前后的深度关系,比我用铅笔硬勾透视管用得多,这大概就是大脑对颜色信息的天然反应——暖色向前跳,冷色往后退。

标注也是一门学问

画到这一步,图本身已经能看了,但如果没有任何标注,别人拿到手里只会觉得“挺好看的漩涡”,不知道太阳在哪、银心在哪、方向怎么判断,所以标注成了最后的关键工序。

我用细黑笔拉了几条指引线,字全部手写,故意没追求工整——手绘图要是标注得像印刷体,反而失去温度,几个必须标的位置包括:银心太阳位置几条主旋臂的名称银盘翘曲方向,另外我还加了一句小字注释——“本图仅为示意,旋臂确切形态仍在研究中”,因为画的过程中我查了好几份文献,发现不同研究团队根据盖亚卫星数据绘制的旋臂图存在差异,有些地方连旋臂是否连续都还有争论,像“人马臂和矩尺臂是否相连”这个问题,2023年还有论文在讨论(参考 R. Drimmel 等人和 E. Poggio 等人的工作),把这些不确定性标注出来,反而让这张手绘图更诚实。

关于手绘本身,我想说几句

有人可能会问,NASA 和 ESA 有那么多精美的银河系艺术图,何必自己画?说实话,那些图我电脑里存了不少,但看一百遍也记不住那些旋臂是怎么弯的、太阳偏在哪一侧,手绘的过程逼着我去搞清楚每一个结构为什么会出现在那个位置——比如为什么核球是扁的不是圆的,因为银心棒状结构的动力学塑造了它的形态;为什么翘曲只出现在外围,因为银盘外缘的气体受到的束缚更弱,更容易被伴星系的引力扰动,画错的地方也有——我第一次画旋臂的时候把人马臂和盾牌-半人马臂的相对位置搞反了,涂改带堆了厚厚一层,但这些错误反而让最终的那张图变得特别属于我自己的理解

现在我书桌前贴着自己画的这张三维银河系,歪歪扭扭的铅笔线,不均匀的上色,边角有一块被蹭花的涂改液痕迹,有时候写着东西抬头看到它,忽然会觉得那个标着“太阳”的小点很奇妙——原来我们就在一条不起眼的次级旋臂上,稍稍浮在盘面以北,绕着2.6万光年外的银心,安安静静地转着,这张粗糙的手绘图,比任何一张高清星图都更让我真实地感受到那个尺度

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