銀河系
銀河系（Milky Way Galaxy，別名“銀漢”“天河、銀河、星河、天漢、等）”），是太陽系所在的棒旋星系，包括1000~4000億顆恒星和大量的星團、星云以及各種類型的星際氣體和星際塵埃，從地球看銀河系呈環繞天空的銀白色的環帶。總質量約為太陽的2100億倍[1]，隸屬于本星系群，最近的河外星系是距離銀河系254萬光年的仙女星系。
銀河系呈扁球體，具有巨大的盤面結構，由明亮密集的核心、兩條主要的旋臂和兩條未形成的旋臂組成，旋臂相距4500光年。太陽位于銀河一個支臂獵戶臂上，至銀河中心的距離大約是2.6萬光年。
銀河系的中央是超大質量的黑洞（人馬座A），自內向外分別由銀心、銀核、銀盤、銀暈和銀冕組成。銀河系中央區域多數為老年恒星（以白矮星為主[2]），外圍區域多數為新生和年輕的恒星。周圍幾十萬光年的區域分布著十幾個衛星星系，其中較大的有大麥哲倫星云和小麥哲倫星云。銀河系通過緩慢的吞噬周邊的矮星系使自身不斷壯大。2015年3月，科學家發現銀河系體積比之前認為的要大50%。
中文名
外文名
Milky Way Galaxy
形????狀
橢圓盤形
類????型
定????義
地球和太陽所在的星系
應用學科
天文學，天體物理學
直????徑
質????量
4.1771×10^41kg
中心厚度
1.2萬光年
跨????度
應用學科
天文學；恒星和銀河系
目錄
1天體概述
2天體結構
3結構研究
?發現進程
?銀盤
?銀心
?銀暈
?銀冕
?太陽系
4星系年齡
?推測方法
?推測結論
5星系全景
?主要星座
?星系全圖
6伴鄰星系
?伴星系
7起源演化
?宇宙起源
?質量減小
8重要事件
?觀測伴星
?奇特聚星
?生命誕生
?宇宙膨脹
?真實地圖
?觀測特點
9研究歷史
10研究年表
11背景知識
?穿過空間
?未來情況
12常用數據
13銀河全景圖
14銀河系質量
天體概述
銀河系是太陽系所在的恒星系統，包括1500~4000億顆恒星和大量的星團、星云，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃，黑洞，它的可見總質量是太陽質量的2100億倍。[3]
在銀河系里大多數的恒星集中在一個扁球狀的空間范圍內，扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫“核球”，半徑約為7000光年。核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”。在銀盤外面有一個更大的球狀區域，那里恒星少，密度小，被稱為“銀暈”，直徑為7萬光年。
過去銀河系被認為與仙女座星系一樣是一個旋渦星系，但最新的研究表明銀河系應該是一個棒旋星系。
銀河系的90%的物質為恒星。恒星的種類繁多，按照物理性質、化學組成、空間分布和運動特征，恒星可以分為五個星族。最年輕的極端星族Ⅰ恒星主要分布在銀盤里的旋臂上；最年老的極端星族Ⅱ恒星則主要分布在銀暈里。恒星常聚集成團。除了大量的雙星外，銀河系里已發現了一千多個星團。銀河系里還有氣體和塵埃，其含量約占銀河系總質量的10%，氣體和塵埃的分布不均勻，有的聚集為星云，
銀河系(10張)有的則散布在星際空間。[4]
20世紀60年代以來，發現了大量的星際分子，如一氧化碳、水等。
分子云是恒星形成的主要場所。銀河系核心部分，即銀心或銀核，是一個很特別的地方。它發出很強的射電輻射、紅外輻射、X射線輻射和γ射線輻射，性質尚不清楚，那里可能有一個巨型黑洞，據估計其質量可能達到太陽質量的250萬倍。
1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯曾分析了銀河系中心區的紅外觀測和其他性質，指出銀河系中心的能源應是一個黑洞，并預言如果他們的假說正確，在銀河系中心應可觀測到一個尺度很小的發出射電輻射的源，并且這種輻射的性質應與人們在地面同步加速器中觀測到的輻射性質一樣。三年以后，這樣的一個輻射源果然被發現了，這就是人馬座A。
人馬座A有極小的尺度，只相當于普通恒星的大小，發出的射電輻射強度為2*10（34次方）爾格/秒，它位于銀河系動力學中心的0.2光年以內。它的周圍有速度高達300千米/秒的運動電離氣體，也有很強的紅外輻射源。已知所有的恒星級天體的活動都無法解釋人馬A的奇異特性，因此，人馬A似乎是大質量黑洞的最佳候選者。但是由于當前對大質量的黑洞還沒有結論性的證據，所以天文學家們謹慎地避免用結論性的語言提到大質量的黑洞。我們的銀河系大約包含兩千億顆星體，其中恒星大約1,000億顆，太陽就是其中典型的一顆。銀河系是一個相當大的棒旋星系，它由三部分組成，包括包含旋臂的銀盤，中央突起的銀心和暈輪部分。
旋渦星系M83，它的大小和形狀都很類似于我們的銀河系。銀盤外面是由稀疏的恒星和星際物質組成的球狀體，稱為暈輪，直徑約10萬光年。
銀河系也有自轉。太陽系以250千米/秒速度圍繞銀河中心旋轉，旋轉一周約2.2億年。銀河系有兩個伴星系：大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。
天文學家瑪麗亞·格
曼認為通過對銀河系恒星集群盤面的研究表明，銀河系內圍的恒星集群年齡較大，而外圍的恒星則更加年輕，可以推測銀河系的形成過程從內部開始，后來逐漸演化到10萬光年以上的直徑。科學家稱本次調查還發現新的證據，銀河系在成長過程中還吞并了許多小星系，來自其他星系的天體匯入了銀河系的內部。[4]曾經史蒂芬·霍金聲稱自己的觀測表明銀河系中心是一個巨大的黑洞。
2013年6月NASA公布了1.6億像素容量為457MB最清晰銀河圖。
天體結構
銀河系物質的主要部分組成一個薄薄的圓盤，叫做銀盤。銀盤中心隆起的近似于球形的部分叫做核球，在核球區域恒星高度密集。核球中心有一個很小的致密區，叫做銀核。銀盤外面是一個范圍更大，近于球形的區域，其中物質密度比銀盤中低得多，叫做銀暈。銀暈外面還有銀冕，它的物質分布大致也呈球形。
2005年，銀河系旋臂的結構被觀測到。銀河系按哈勃分類應該是一個巨大的棒旋星系SBc（旋臂寬松的棒旋星系），總質量是太陽質量的0.6萬億-3萬億倍，有大約1,000億顆恒星。
從80年代開始，天文學家懷疑銀河系是一個棒旋星系而不是一個普通的旋渦星系。2005年，斯必澤空間望遠鏡證實了這項懷疑，還確認了在銀河核心的棒狀結構比預期的還大。
銀河的盤面估計直徑為9.8萬光年，太陽至銀河中心的距離大約是2.6萬光年，盤面在中心向外凸起。
銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構，因此懷疑它有超大質量黑洞，因為已經有許多星系被相信有超大質量的黑洞在核心。
就像許多典型的星系一樣，環繞銀河系中心的天體，在軌道上的速度并不由與中心的距離和銀河質量的分布來決定。在離開了核心凸起或是在外圍，恒星的典型速度在210～240千米/秒之間。因此這些恒星繞行銀河的周期只與軌道的長度有關。這與太陽系不同，在太陽系，距離不同就有不同的軌道速度對應。
銀河的棒狀結構長約2.7萬光年，以44±10度的角度橫亙在太陽與銀河中心之間，它主要由紅色的恒星組成，大多是老年的恒星。
被推論與觀察到的銀河旋臂結構的每一條旋臂都給予一個數字對應（像所有旋渦星系的旋臂），大約可以分出一百段。有四條主要的旋臂起源于銀河的核心，包括：
2 and 8 -三千秒差距臂和英仙座旋臂。
3 and 7 - 矩尺座旋臂和天鵝座旋臂（與最近發現的延伸在一起 - 6）。
4 and 10 -南十字座旋臂和盾牌座旋臂。
5 and 9 -船底座旋臂和人馬座旋臂。
還有兩個小旋臂或分支，包括：
11 -獵戶座旋臂（包含太陽和太陽系在內- 12）。
最新研究發現銀河系可能只有兩條主要旋臂——人馬座旋臂和矩尺座旋臂，其絕大部分是氣體，只有少量恒星點綴其中。
谷德帶（本星團）是從獵戶臂一端伸展出去的一條亮星集中的帶，主要成員是B2～B5型星，也有一些O型星、彌漫星云和幾個星協，最靠近的OB星協是天蝎-半人馬星協，距離太陽大約四百光年。
在主要的
旋臂外側是外環或稱為麒麟座環，是由天文學家布賴恩·顏尼（Brian Yanny）和韓第·周·紐柏格（Heidi Jo Newberg）提出的，是環繞在銀河系外由恒星組成的環，其中包括在數十億年前與其他星系作用誕生的恒星和氣體。
銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍著，直徑25萬～40萬光年。由于盤面上的氣體和塵埃會吸收部分波長的電磁波，所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面（特別是旋臂）是恒星誕生的活躍區域，但是銀暈中沒有這些活動，疏散星團也主要出現于盤面上。
一般認為，銀河系中的恒星多為雙星或聚星。2006年新的發現認為，銀河系的主序星中2/3都是單星。 銀河系中大部分的物質是暗物質，形成的暗銀暈有0.6萬億～3萬億個太陽質量，以銀核為中心聚集著。
新的發現使我們對銀河結構與維度的認識有所增加，比先前由仙女座星系(M31）的盤面所獲得的更多。新發現的證據證實外環是由天鵝座旋臂延伸出去的，明確支持銀河盤面向外延伸的可能性。人馬座矮橢球星系的發現與在環繞著銀極的軌道上的星系碎片，說明了它因為與銀河的交互作用而被扯碎。同樣的，大犬座矮星系也因為與銀河的交互作用，使得殘骸在盤面上環繞著銀河。
2006年1月9日，Mario Juric和普林斯頓大學的一些人宣布，史隆數位巡天在北半球的天空中發現一片巨大的云氣結構（橫跨約五千個滿月大小的區域）位于銀河之內，但似乎不合于當前所有的銀河模型。他將一些恒星匯聚在垂直于旋臂所在盤面的垂直線，可能的解釋是小的矮星系與銀河合并的結果。這個結構位于室女座的方向上，距離約三萬光年，暫時被稱為室女座恒星噴流。
在2006年5月9日，Daniel Zucker和Vasily Belokurov宣布史隆數位巡天在獵犬座和牧夫座又發現了兩個矮星系。
結構研究
發現進程
銀河系的英文名稱"乳白"源自它是橫跨夜空的黯淡發光帶。"Milky Way"這個名稱是翻譯自拉丁文的via lactea，而它又是從希臘的γαλαξ?α? κ?κλο?（galaxías kyklos，"milky circle"）翻譯來的。伽利略在1610年使用望遠鏡首先解析出環帶是由一顆顆恒星聚集而成。
1785 年，F.W.赫歇爾第一個研究了銀河系結構。他用恒星計數方法得出了銀河系恒星分布為扁盤狀，太陽位于盤面中心的結論。
1918年，H.沙普利研究球狀星團的空間分布，建立了銀河系透鏡形模型，太陽不在中心。
20世紀20年代，沙普利模型得到公認。但由于未計入星際消光，沙普利模型的數值不準確。研究銀河系結構傳統上是用光學方法，但有一定的局限性。近幾十年來發展起來的射電方法和紅外技術成為研究銀河系結構的強有力的工具。在沙普利模型的基礎上，我們對銀河系的結構已有了較深刻的了解。
銀盤
銀盤是銀河系的主要組成部分，在銀河系中可探測到的物質中，有九成都在銀盤范圍以內。銀盤外形如薄透鏡，以軸對稱形式分布于銀心周圍，其中心厚度約1萬光年，不過這是微微凸起的核球的厚度，銀盤本身的厚度只有兩千光年，直徑近10萬光年，總體上說銀盤非常薄。
除了1千秒差距范圍內的銀核繞銀心作剛體定軸轉動外，銀盤的其他部分都繞銀心作較差自轉，即離銀心越遠轉得越慢。銀盤中的物質主要以恒星形式存在，占銀河系總質量不到10%的星際物質，絕大部分也散布在銀盤內。星際物質中，除電離氫、分子氫及多種星際分子外，還有10%的星際塵埃，這些直徑在1微米左右的固態微粒是造成星際消光的主要原因，它們大都集中在銀道面附近。
由于太陽位于銀盤內，所以我們不容易認識銀盤的起初面貌。為了探明銀盤的結構，根據20世紀40年代巴德和梅奧爾對旋渦星系M31（仙女座星系）旋臂的研究得出了旋臂天體的主要類型，進而在銀河系內普查這幾類天體，發現了太陽附近的三段平行臂。由于星際消光作用，光學觀測無法得出銀盤的總體面貌。有證據表明，旋臂是星際氣體集結的場所，因而對星際氣體的探測就能顯示出旋臂結構，而星際氣體的21厘米射電譜線不受星際塵埃阻擋，幾乎可達整個銀河系。光學與射電觀測結果都表明，銀盤確實具有旋渦結構。
銀盤主要由星族Ⅰ天體組成，如G～K型主序星、巨星、新星、行星狀星云、天琴RR變星、長周期變星、半規則變星等。
銀心
銀河系的中心﹐即銀河系的自轉軸與銀道面的交點。在星系的中心凸出部分，呈很亮的球狀，直徑約為兩萬光年，厚1萬光年，這個區域由高密度的恒星組成，主要是年齡大約在100億年以上老年的紅色恒星。證據表明，在中心區域存在著一個巨大的黑洞，星系核的活動十分劇烈。
銀心在人馬座方向﹐1950年歷元坐標為﹕赤經17°42′29″﹐赤緯-28°59′18″。
銀心除作為一個幾何點外﹐它的另一含義是指銀河系的中心區域。太陽距銀心約十千秒差距﹐位于銀道面以北約八秒差距。銀心與太陽系之間充斥著大量的星際塵埃﹐所以在北半球用光學望遠鏡難以在可見光波段看到銀心。射電天文和紅外觀測技術興起以后﹐人們才能透過星際塵埃﹐在2微米至73厘米波段探測到銀心的信息。中性氫21厘米譜線的觀測揭示﹐在距銀心四千秒差距處有氫流膨脹臂﹐即所謂“三千秒差距臂”（最初將距離誤定為三千秒差距﹐后雖訂正為四千秒差距﹐但仍沿用舊名）。大約有1,000萬個太陽質量的中性氫﹐以53km/秒的速度涌向太陽系。在銀心另一側﹐有大體同等質量的中性氫膨脹臂﹐以135km/秒的速度離銀心而去。它們應是1000萬～1500萬年前以不對稱方式從銀心拋射出來的。在距銀心300秒差距的天區內﹐有一個繞銀心快速旋轉的氫氣盤﹐以70～140千米/秒的速度向外膨脹。盤內有平均直徑為30秒差距的氫分子云。
在距銀心70秒差距處﹐有激烈擾動的電離氫區﹐以高速向外擴張。現已得知﹐不僅大量氣體從銀心外涌﹐而且銀心處還有一強射電源﹐即人馬座A﹐它發出強烈的同步加速輻射。甚長基線干涉儀的探測表明﹐銀心射電源的中心區很小﹐甚至小于十個天文單位﹐即不大于木星繞太陽的軌道。12.8微米的紅外觀測資料指出﹐直徑為1秒差距的銀核所擁有的質量﹐相當于幾百萬個太陽質量﹐其中約有100萬個太陽質量是以恒星的形式出現的。銀心區有一個大質量致密核﹐或許是一個黑洞。流入致密核心吸積盤的相對論性電子﹐在強磁場中加速﹐產生了同步加速輻射。
關于銀心的最新觀測表明，銀河系的最核心部位基本 上全部是由白矮星組成的，數量則至少在10萬顆上下。而和心中的核心，則是由大約70顆較大的白矮星組成的。至于如何觀測到更多的內容，科學家表示，需要靠下一代觀測設備，比如 NASA 正在建設的 James Webb 號天文望遠鏡來完成了。[2]
銀暈
銀河暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區域內，銀暈直徑約為9.8萬光年，這里恒星的密度很低，分布著一些由老年恒星組成的球狀星團。有人認為，在銀暈外面還存在著一個巨大的呈球狀的射電輻射區，叫做銀冕，銀冕至少延伸到距銀心100千秒差距或32萬光年遠。
銀河系被直徑約30千秒差距的銀暈籠罩。銀暈中最亮的成員是球狀星團。
銀冕
在天文學中，冕指天體周圍的氣體包層，這種天體大氣最外層的灼熱氣體很想人們頭上帶的一頂帽子，裹住星星光華的“圓臉”，冕這個字最初是指古代帝王頭上帶的一種帽子（禮帽），而天空的這種熱氣體看起來也像一頂帽子，所以現在人們就稱這種氣體叫銀冕。太陽的冕是人們所熟知的日冕，恒星的冕稱作星冕。
太陽系
太陽系位于一條叫做獵戶臂的旋臂上，距離銀河系中心約2.64萬光年，逆時針旋轉，繞銀心旋轉一周約需要2.5億年。
太陽系位于獵戶座旋臂靠近內側邊緣的位置上，在本星際云（Local Fluff）中，距離銀河中心7.94±0.42千秒差距我們所在的旋臂與鄰近的英仙臂大約相距6,500光年（通過測定離地球約6370光年的一個大質量分子云核的距離得出）。我們的太陽系，正位于所謂的銀河生命帶。
太陽運行的方向，也稱為太陽向點，指出了太陽在銀河系內游歷的路徑，基本上是朝向織女，靠近武仙座的方向，偏離銀河中心大約86度。太陽環繞銀河的軌道大致是橢圓形的，但會受到旋臂與質量分布不均勻的擾動而有些變動，我們當前在接近近銀心點（太陽最接近銀河中心的點）1/8軌道的位置上。
太陽系大約每2.25～2.5億年在軌道上繞行一圈，可稱為一個銀河年，因此以太陽的年齡估算，太陽已經繞行銀河20～25次了。太陽的軌道速度是217km/秒，換言之每8天就可以移動1個天文單位，1400年可以運行1光年的距離。
銀河系波浪
科學家利用斯隆數字巡天的測光和光譜數據，對銀河系的銀盤進行了研究。結果顛覆了教科書上銀河系的形象，表明銀盤存在波浪狀的結構，并且銀盤的尺寸也可能比傳統認為的更大[6]。
傳統觀點認為，銀河系的銀盤應該是一個平滑的盤，從銀心向外密度呈指數下降，而且在銀盤的上下兩側（或者說南北兩側），密度應該是鏡像對稱的。2002年，美國倫斯勒理工學院的海蒂·紐伯格及其同事發現，在銀盤的最外側邊緣存在恒星密集分布的團塊，這一成團子結構被稱為麒麟座星環。后來，其他天文學家又在麒麟座星環以外發現了另一個類似的子結構，被稱為三角座－仙女座星流。
一個研究團隊對2002年斯隆數字巡天的觀測數據作了進一步分析，發現了另外兩個類似子結構存在的跡象。這另外兩個子結構位于麒麟座星環和我們的太陽之間。離太陽最近的子結構，距離銀心大約3萬光年，銀盤以北的恒星密度超出預期；另一個子結構距離銀心大約4萬～4.5萬光年，銀盤以南的恒星密度超出預期。
它們分別命名為北近結構（north near structure）和南中結構（south middle structure）[7]。
星系年齡
推測方法
根據已知長壽命放射性核的衰變時間（即半衰期），從某些放射性中子俘獲元素的豐度數據人們可以測定銀河系中最古老恒星的年齡，從而定出銀河系的年齡，這種放射性年齡測定方法稱為核紀年法。例如，釷的半衰期是130億年左右。用當代最大的天文望遠鏡，加上高分辨率光譜儀，已經能夠檢測到恒星的釷，并作出相應的年齡估計。
推測結論
據多種方法測定，從大爆炸算起，宇宙的年齡在140億年左右。假定從大爆炸到銀河系形成相隔的時間為10億年，那么上述由核紀年法測定的銀河系年齡與宇宙年齡是相容的。
依據歐洲南天天文臺(ESO）的研究報告，估計銀河系的年齡約為136億歲，差不多與宇宙一樣老。由許多天文學家所組成的團隊在2004年使用甚大望遠鏡(VLT）的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究，首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恒星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恒星與第二代恒星交替的時間往前推進2～3億年，因而估計球狀星團的年齡在129±5億歲左右，因此銀河系的年齡不會低于122±8億歲。[8]
星系全景
主要星座
銀河系美景(23張)銀河系在天空上的投影像一條流淌在天上閃閃發光的河流一樣，所以古稱銀河或天河，一年四季都可以看到銀河，只不過夏秋之交看到了銀河最明亮壯觀的部分。
銀河經過的主要星座有：天鵝座、天鷹座、狐貍座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人馬座、天蝎座、天壇座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圓規座、蒼蠅座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、獵戶座、金牛座、雙子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎虎座。
銀河在天空中明暗不一，寬窄不等。最窄只有4°～5°，最寬約30°。對于北半球來說，夏季星空的重要標志，是從北偏東地平線向南方地平線延伸的光帶——銀河，以及由3顆亮星，即銀河兩岸的織女星、牛郎星和銀河之中的天津四所構成的“夏季大三角”。夏季的銀河由天蝎座東側向北伸展，橫貫天空，氣勢磅礴，極為壯美。但只能在沒有燈光干擾的野外（極限可視星等5.5以上）才能欣賞到。冬季的那邊銀河很黯淡（在獵戶座與大犬座），但在天空中可以看到明亮的獵戶座，以及由天狼星、參宿四、南河三構成的明亮的“冬季大三角”。
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