银河系到底有几条旋臂？那天我被儿子的绘本问住了

上周六晚上,我正窝在沙发上看手机，六岁的儿子突然举着一本科普绘本冲过来，指着上面画的银河系问：“爸爸，书上说银河系有4条旋臂，但你上次不是说有8条吗？到底是几条呀？”

我当时就愣住了,说实话，作为一个天文爱好者，我竟然从没认真想过这个问题，我印象里好像确实在哪儿看到过“8条旋臂”的说法，但又不确定是不是记错了，于是那天晚上，我把儿子哄睡后，翻了整整三个小时的资料，结果发现，这事儿还真不是一句话能说清的。

先说说旋臂到底是什么

很多人以为银河系的旋臂就像电风扇的扇叶一样,是固定在那里的实体结构，其实完全不是这么回事，旋臂更像是高速公路上的堵车路段——车流在这里密度变大，但每辆车该走走、该停停，堵车的“形状”会维持一段时间，但里面的车辆一直在换。

用术语讲,这叫密度波，银河系里，恒星和气体云在以不同速度绕着中心旋转，当它们经过某些特定区域时会被“压缩”一下，就像你在高速上遇到减速带，车都慢下来挤在一起，这个被压缩的区域形成了我们看到的旋臂，星际气体在这里被挤压后，还会触发大批新恒星的诞生，所以旋臂上总是布满了明亮的年轻恒星，看起来特别耀眼。

4条大旋臂的故事

我们先说目前比较主流的说法——银河系有4条主要旋臂，这个结论是怎么来的呢？主要是靠射电望远镜观测星际气体和恒星形成区的分布，从上世纪五十年代开始，天文学家通过测量氢原子发出的21厘米谱线，一点一点把银河系的结构拼出来。

这4条大旋臂分别是：

• 矩尺座旋臂——最外侧的一条，很长
• 英仙座旋臂——我们能在夜空中找到英仙座的方向
• 人马座旋臂——银河中心方向，恒星密集
• 猎户座旋臂——也就是我们太阳系所在的位置，其实它算是一条比较小的“次级旋臂”或叫“本地臂”

如果你用肉眼在夏季夜空中看到那条横跨天穹的乳白色光带,那里面的暗区和亮区，就对应着旋臂之间的空隙和旋臂本身，想想还挺奇妙的，我们就在其中一条旋臂里面往外看，像坐在汽车里看同一条高速公路上的其他车。

旋臂名称	大致位置特征	观测方式
矩尺座旋臂	银河系最外侧	射电波段为主
英仙座旋臂	距银心约1万光年	光学+射电
人马座旋臂	靠近银心方向	红外+射电
猎户座旋臂（本地臂）	太阳系所在位置	光学可见

那“8条旋臂”又是怎么回事

答案在于观测手段的不同。

2008年,一个国际团队利用斯皮策红外太空望远镜做了一次大规模的银河系结构巡天，他们观测的不是气体，而是红超巨星——一种质量很大、温度偏低、在红外波段特别亮的老年恒星，这些恒星数量相对稀少，但分布很有规律。

研究结果发表在《天文学与天体物理学》上，论文第一作者是丘奇维尔（Churchwell）团队，他们发现，如果只统计红超巨星的分布，银河系看起来像是被分成了8个对称的片段，或者可以说呈现出了4条大旋臂加4条小旋臂的结构，有些媒体报道时就直接用了“银河系有8条旋臂”这个标题，搞得当时很多天文爱好者都在争论。

这8个“片段”并不都是传统意义上那种贯穿整个银盘的完整旋臂，其中的4条是前面说的大旋臂，另外4条更像是一些局部的、不太连续的附加结构，比如在人马座旋臂和英仙座旋臂之间，似乎还有一些短促的分支。

8条旋臂”不是一个错误答案，但它需要很多附加说明，如果你非要一个简单的数字，那4条大旋臂是目前比较稳妥的回答，但如果有人在饭局上说银河系有8条，你也不用急着反驳——他很可能是看了斯皮策巡天的报道。

为什么我们连自己长什么样都搞不清楚

这就涉及一个特别有意思的问题了：我们在银河系里面。

你想想,你想给一栋房子画全景图，但你只能待在其中一个房间的一扇窗户前，透过雾蒙蒙的玻璃往外看，有些方向被家具挡着，有些方向光线太亮刺眼，有些方向根本看不到，这就是天文学家面临的处境。

银河系的中心方向被大量的尘埃云遮挡,可见光根本穿不透，所以早期用光学望远镜很难画出完整的旋臂图，后来有了射电波段的21厘米谱线观测、红外波段的尘埃穿透观测，以及近年来的甚长基线干涉测量技术能直接测出恒星的距离和运动，才把这张拼图一点点补全。

2014年,中国紫金山天文台的团队和美国同行合作，利用甚长基线干涉阵精确测量了一些大质量恒星形成区的三角视差，确认了猎户座旋臂确实只是一个局部的次级结构，而不是延伸到整个银盘的主旋臂，这项成果也发在《科学》杂志上。

那些夜空中能看到的旋臂痕迹

说点接地气的,如果你在七八月份去远离城市灯光的地方露营，抬头看到那条纵贯天顶的银河光带，明亮的那一侧其实大致对应着人马座旋臂和英仙座旋臂的方向，天鹅座附近那片特别密集的星区，就是在看银河系旋臂的内部，冬天夜空里的猎户座，我们熟悉的“三星”腰带和周围那圈亮星，很多都位于我们所在的猎户座旋臂里。

这也是为什么我特别喜欢带着孩子看星星,你知道得越多，看到的就越多，以前抬头只觉得挺亮的，现在知道那些光是从旋臂上年轻的大质量恒星发出来的，它们大多数只能活几百万年，在宇宙尺度上就是一眨眼，我们现在看到的那些星光，出发的时候地球上还没有人类。

所以说回儿子那个问题——银河系到底有几条旋臂？我后来告诉他：爸爸上次说8条也没全错，书上说4条也对，咱们所在的这条叫猎户座旋臂，它其实不算一条真正的大旋臂，更像一条小支路，儿子眨眨眼说：“那我们是不是住在一个小巷子里？”

我说对,差不多就是这个意思，我们在一条宇宙的小巷子里，仰头看着外面大街上的繁华灯火。