银河系隐藏的另一面，我们住在银河系的郊区，连自家后院都没逛完

去年夏天,我带孩子在阳台上看星星，孩子指着一道模糊的光带问：“那就是银河吗？”我说是的，然后我突然愣住——我们明明住在银河系里面，却只能看到它的一个切片，就像你躺在被窝里，永远看不到被子外面长什么样，银河系的另一面，被它自己挡住了。

这件事让我着迷了好一阵子,查了不少资料后我发现，天文学家其实跟我们有一样的烦恼，他们折腾了几百年，到现在也只能用各种间接手段去“摸象”。

（示意图：我们站在银河系盘面内部向外看，能看到的只是一条光带，盘面的另一侧完全被核心和尘埃遮挡。）

先搞清楚我们站在哪

银河系大概长这样：一个扁平的螺旋盘，直径约10万光年，中心有个棒状结构，太阳系不在中心，而是偏居一隅，离中心约2.6万光年，差不多在猎户座旋臂的内侧边缘，这个位置意味着什么？意味着我们想看银河系中心另一侧的风景，视线必须先穿过中心区域——那里挤满了恒星、气体和尘埃，就像隔着一堵发光的雾墙。

这条“雾墙”到底多烦人

可见光几乎没辙,银河系盘面里有大量星际尘埃，它们散射和吸收可见光的效率极高，天文学家估算过，从我们这里朝银心方向看，可见光每前进几千光年就会被削弱得只剩万亿分之一，等于说，银河系中心背后的恒星，在光学望远镜里干脆就看不见。

那怎么办？换波长。

观测波段	能看穿多少	主要发现了什么
可见光	很差，几乎被完全遮挡	银河盘面附近的恒星消光严重
近红外	较好，能穿透大部分尘埃	银核区域的恒星分布、棒状结构
射电（21厘米谱线）	极好，完全无视尘埃	远侧旋臂的结构、气体分布
X射线 / 伽马射线	好，但受气体吸收影响	黑洞活动、高能天体分布

正是因为换了射电和红外这些手段,银河系背面才开始慢慢显形。

远侧旋臂：我们终于“摸”到了

简单讲个概念,银河系的旋臂不是固定不动的实体，更像堵车时的车流密度波——汽车（恒星和气体云）不断穿过密度波，堆积、触发恒星形成，然后继续前行，测量气体云的速度和位置，就能反推出旋臂的走向。

射电波段的21厘米氢谱线是这里的功臣,氢原子里的电子自旋翻转时会发出这个特定波长的信号，它不把尘埃当回事，横穿整个银河系毫无压力，天文学家利用这条谱线的多普勒频移，构建出了银河系的旋转曲线和旋臂分布图，2000年后，借助甚长基线干涉阵列（VLBA）的高精度观测，远侧旋臂的存在和位置终于被敲实了，矩尺座外旋臂”和“南十字-盾牌座旋臂”的远端延伸部分，基本都是从北天看不见、被银核遮挡的地带“挖”出来的。

这些远侧旋臂的结构和近侧有微妙差异,比如远侧的恒星形成率在某些区域明显偏低，不知道为什么，有人说可能是因为那里气体密度偏低，也有人猜测是暗物质分布不均匀在捣鬼，暂时没人能笃定。

费米气泡：上下两个巨大的“烟囱”

如果说远侧旋臂还算猜测之内的事情,那费米气泡就完全是“意料之外”了。

2010年,费米伽马射线空间望远镜的数据处理人员发现，银河系中心上下各有一个巨大的气泡状结构，每个垂直延伸约2.5万光年。这对气泡正好跨在银盘平面的两侧，南边那个基本上处在我们的视野盲区，因为它被密集的银盘和银核挡在后面，所以北侧气泡先被发现，南侧气泡确认起来更费劲。

这两个气泡的边界非常锐利,放射出均匀的伽马射线和X射线，主流解释是：大概几百万年前，银河系中心超大质量黑洞（人马座A*）突然活跃了一次，喷射出大量高能粒子，也有说是中心区域集中爆发的超新星群吹出来的，不管是哪种，那场景想想都壮观——银河系的心脏部位像喷火龙一样往上下喷了两股热流，至今还能看到痕迹。

也就是说,银河系藏着的不只是几根旋臂，而是整个能量活动的另一面，这些活动直接影响着星系演化模型，没有费米气泡的发现，我们对自家星系“脾气”的认识会差得多。

暗物质从另一侧传过来的耳语

还有个更“虚”的东西也藏在银河系背面：暗物质。

银河系外围的恒星运动速度表明,能把它们拽住的物质比我们看到的至少多出四五倍，这些看不见的物质聚成一个巨大的球状晕，包裹着整个银盘，因为暗物质不参与电磁作用，它们根本不在乎什么尘埃遮挡，均匀地充满银河系内外。

有意思的是,银河系另一侧的暗物质分布可能会影响微引力透镜事件的频率，如果大麦哲伦云在绕银河系运行的过程中穿过暗物质晕的远端，那些暗的致密天体（比如流浪行星、恒星级黑洞甚至暗物质团块）偶尔会放大背景恒星的光芒，远端的微引力透镜信号和近端的事件在统计上会有微小差异，因为银河系的暗物质晕在背面可能比正面稍厚，当前的OGLE和MOA巡天项目积累了几万个事件的数据，正在仔细比对南北半球的透镜概率差异，目前还没结论，但方向是对的。

盖亚卫星帮了大忙，但还不够

2013年发射的盖亚卫星,原本任务是测绘十亿颗恒星的位置和运动，没想到它也间接帮了远侧研究，盖亚的数据里藏着恒星被星际尘埃红化的信息，把每颗恒星变红的程度精确标出来，就可以反推——哪些方向的消光特别严重，尘埃云有多厚，大致形状如何。这些尘埃云大多数都在银盘的另一侧，因为从我们的视角看过去，它们在恒星背景上形成了暗影，通过统计消光图，天文学家拼出了几幅银河系远侧的大尺度尘埃分布图，虽说分辨率一般，但总算有了张“远侧云图”。

不过盖亚毕竟是光学望远镜,本身看不到特别厚实尘埃背后的恒星，所以这张图本质上还是靠近侧恒星的“红化妆”来推理远侧结构，中间隔着很大的不确定因素。

几个让人挠头的新发现

• 远侧旋臂可能有断裂，射电观测显示矩尺座外旋臂在经度约300度方向出现明显扭曲和中断，有点像被撕扯过，有人猜测是银河系在过去吞噬小星系时遭到扰动，遗留了痕迹。
• 背面可能有未确认的矮星系遗迹，天琴座RR变星的分布暗示，在银河系远侧晕里可能藏着已经瓦解的矮星系残骸，因为视线遮挡，光学证认困难，但光谱能量分布和动力学模型都指向这一点。
• 银河系的磁场在背面翻转，射电偏振数据显示，远侧旋臂区域的磁场方向与近侧旋臂相反，这不是小事，磁场翻转意味着银河系的发电机机制比想象中复杂，有可能经历过多次磁极反向事件。

每次看到这类论文,我都觉得我们这代人恐怕没法舒舒服服地宣布“银河系已经搞清楚了”，隔着一层层的恒星和尘埃，总有新东西冒出来。

孩子现在已经能轻松找到猎户座了,但那个银河系背面的问题他早忘了，也好，我可不想跟他解释什么叫“消光截面”这种东西，但我偶尔还是会想，就在此刻，银河系另一端说不定有颗恒星正在爆发，或者一个黑洞刚刚吞掉一团气体——我们完全不知道，也看不见，这种感觉很奇妙，就像住在同一个房子里几十年，才发现地下室还有一扇没打开过的门。

《天文学与天体物理学评论》2023年有一期专门讨论过银河系背面的结构确认问题，其中提到未来几年平方公里阵列（SKA）投入运行后，对远侧旋臂的射电测绘精度将提高一个数量级，到那时候，我们能看到的银河系背面，或许就不再是一团模糊的影子了。