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那天晚上,有人抬头看见了银河系

说出来你可能不信,我第一次意识到“银河系”是个什么东西,是在乡下外婆家门口,那年我大概八九岁,城里雾霾重,从没见过真正的银河,结果一抬头,一条白花花的光带横在头顶,我当时脱口而出:“谁把牛奶洒天上了?”外婆笑着说那是天河,后来我查资料才知道,原来人类问出“这是什么东西”这个问题,问了好几千年。

所以今天咱们聊个有意思的话题:是谁发现了银河系? 这个问题看起来简单,拆开一看,其实藏着三层意思——谁最早看见了它?谁搞清楚了它的本质?又是谁画出了它的全貌?这三层答案,得掰开了慢慢说。

第一个问题:谁最早看见银河?

这个问题根本没答案,因为银河一直就在那儿,从人类有眼睛开始,它就挂在天上,你让一个原始人抬头看夜空,他也能看见那条白茫茫的光带,真要较真,最早“记录”银河的人,大概是那些连名字都没留下的史前画家。

考古学家在美国新墨西哥州查科峡谷的岩画里,发现过疑似银河的图案,距今大约一千年,再往前推,非洲撒哈拉沙漠的岩画里也有类似的天象记录,但这些都是猜测,没有人能确定他们画的就是银河。

到了有文字的时代,事情就好办了,目前已知最早用文字记录银河的人是古希腊哲学家阿那克萨戈拉,大约在公元前450年,他提了一个当时听起来特别离谱的观点:银河可能是无数遥远星星聚集在一起形成的光,这个想法太超前了,超前到他的同行根本不买账,亚里士多德就反驳说,银河是地球大气层里燃烧的气体,你品品,一个猜了真理,一个说了常识,结果真理输了将近两千年。

中国这边也没闲着,东汉的张衡在《灵宪》里写,“星者,体生于地,精成于天”,虽然他没直接说银河是星星组成的,但他把天上的星辰和地上的物质联系起来了,而明确说“银河即群星”的,是明代的徐光启,他在翻译西方天文书籍时写:“天河乃无数小星攒聚而成。”那已经是17世纪了,伽利略刚刚用望远镜证实了这件事。

第二个问题:谁证明了银河是无数星星?

这个问题的答案就清晰多了——伽利略·伽利莱,1609年。

那天晚上,有人抬头看见了银河系

故事是这样的,那一年伽利略听说荷兰有人发明了一种能把远处东西放大的镜筒,他二话不说自己动手磨镜片,搞出了一架能放大20倍的望远镜,他拿这玩意儿对准什么了呢?先是月亮,看见上面坑坑洼洼;然后是木星,发现它旁边有四颗小卫星转来转去,等到他把望远镜对准银河的时候,整个人大概愣住了——那条模糊的白带子,居然分解成了密密麻麻、数都数不清的星星。

他在《星际信使》这本书里写道:“银河系不是别的,就是无数星星聚集在一起而形成的集合体……不管望远镜指向它的什么部位,马上就有大量星星映入眼帘。”这是人类第一次用仪器确认银河的本质,你想想那个震撼:两千年前阿那克萨戈拉脑子里猜的东西,终于被亲眼看见了。

不过伽利略的发现只是第一步,他证明了银河是星星组成的,但这些星星组成的是一个什么结构?是带状?是环状?还是别的什么形状?他回答不了,因为当时所有人都默认一个前提:宇宙就这么一个银河,所有的星星都在里面,太阳大概在中心附近。

第三个问题:谁发现了银河系的全貌?

这才是问题的核心,也是最有意思的部分,因为发现银河系全貌这件事,没有一个人能单独完成,它是一代又一代人接力拼出来的。

第一个重要的转折点,发生在18世纪末,英国有一个叫威廉·赫歇尔的天文学家,这个人本来是搞音乐的,业余爱好是磨望远镜片,结果磨着磨着成了当时世界上最好的望远镜制造者,他干了一件特别笨、特别疯狂的事情:把整个天空分成几百个区域,然后用望远镜一个区域一个区域地数星星,他想通过数星星的数量分布,推断出银河系的大致形状。

那天晚上,有人抬头看见了银河系

经过好几年的观测,赫歇尔在1785年画出了人类历史上第一张银河系结构图,在他的图里,银河系像一个巨大的扁平碟子,太阳在这个碟子的中心附近,当然现在我们知道他搞错了两个地方:一是银河系比他想的大得多,二是太阳根本不在中心,偏得很,但你得承认,他是第一个用数据画图的人,而不是靠猜。

时间 人物 贡献
约公元前450年 阿那克萨戈拉 最早推测银河由星星组成
1609年 伽利略 用望远镜证实银河即群星
1785年 威廉·赫歇尔 绘出首张银河系结构草图
1920年代 哈洛·沙普利 确定太阳不在银河中心
1924年 埃德温·哈勃 证实银河系之外还有星系

赫歇尔之后,人类才慢慢看清楚自己的家

赫歇尔的图虽然粗糙,但他开了个头,接下来的一个多世纪里,天文学家们一直在修改这张图,到了20世纪初,又一个关键人物出现了——哈洛·沙普利

沙普利研究的是一种叫“球状星团”的东西,就是一群几十万颗星星挤成一团的老年恒星群体,像宇宙里的老年活动中心,他发现这些球状星团在天空中的分布不是均匀的,而是集中在人马座方向,他据此推断:球状星团是绕着银河系的中心转的,它们的分布中心就是银河系的真正中心。

然后他算了一下太阳到那个中心的距离,结果让他自己都吃了一惊——太阳离银河系中心远着呢,大概是在一个很偏的位置上,这个发现相当于什么呢?就跟你活了半辈子,突然发现你一直以为的市中心其实是个五环外的卫星城,哥白尼把地球从宇宙中心挪开了,沙普利把太阳从星系中心也挪开了。

不过沙普利也不是全对,他当时跟别人有一场著名的辩论,辩题是“那些旋涡状的星云到底在银河系里面还是外面?”沙普利坚持认为所有天体都在银河系之内,而他的对手埃德温·哈勃在1924年用威尔逊山天文台的望远镜拍下了仙女座星云里的造父变星,通过亮度测算距离,发现仙女座星云距离我们远达百万光年量级——它根本不在银河系里,它是另一个独立的星系

那天晚上,有人抬头看见了银河系

那一刻人类才知道,银河系不是整个宇宙,它只是无数星系中的一个,这个震撼程度,大概跟伽利略当年把望远镜对准银河那一刻有一拼。

(图片位置:银河系结构示意图,展示中心的核球、旋臂、太阳的大致位置,这种图一般是俯视视角,像一个旋转的风车。)

到了20世纪下半叶,事情变得更微妙了

沙普利和哈勃之后,问题变成了:银河系的具体结构到底是什么样的?旋臂有几条?中心有什么?这一切在很长一段时间里都是靠间接手段推测的,因为我们住在银河系里面,没法飞出去拍一张自拍。

真正让事情清晰起来的,是射电天文学,1950年代,荷兰天文学家扬·奥尔特和他的学生用射电望远镜观测银河系里的氢原子分布,画出了第一张比较准确的旋臂结构图,后来的红外望远镜、X射线望远镜一步步补全了细节,到今天我们知道银河系是一个棒旋星系,有大约1000亿到4000亿颗恒星,直径大约10万到18万光年,中心有一个超大质量黑洞。

但你要问我:“是谁发现了银河系?”我反而觉得这个问题没有标准答案,你可以说阿那克萨戈拉猜过,伽利略看过,赫歇尔画过,沙普利量过,哈勃破过——每个人都只摸到了这个庞然大物的一部分,就连现在,我们手里这张银河系地图都还带着“大概”“大约”“推测”这些词。

(图片位置:从地球夜空拍摄的银河照片,一条银白色光带横跨天际,星星密集处有暗色尘埃带,这种图能让人直观感受到我们正处在银河盘面之内,看到的其实是银河系的“侧脸”。)

前几天我又去了一趟外婆家,坐在同一个门槛上抬头看,银河还是那条银河,但我脑子里想的已经不是“牛奶洒了”这种比喻,而是伽利略的望远镜,赫歇尔的计数,沙普利的球状星团,哈勃的造父变星,这些名字其实没一个亲眼见过银河系的全貌,但他们每个人都在黑暗中摸到了一块拼图,拼着拼着,后来的我们才知道自己住在哪里。

所以你说,到底是谁发现的?大概就是一群不肯低头看路、非要抬头看天的人吧,从阿那克萨戈拉开始,一代传一代,这事儿还没完呢,银河系边上还有暗物质晕,还有我们压根没搞明白的东西,说不定再过几十年,今天这篇文章里的结论,也会被人改得面目全非——那也挺好的。

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