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银河
只有一种横跨天空的天文景象可以与壮观的极光相媲美。与北极光不同,这种奇妙的景象几乎在一年中的每个夜晚都会出现,然而遗憾的是,大多数天文学家没法在自家后院里直接欣赏到这一景象。但是在一个远离光污染的地方,没有什么场景能比得过肉眼看到的银河。
我们在银河系的位置
银河看起来像是一条精美、缥缈的光带,其上点缀着明亮、发光的星云,被黑暗、混沌的道道星际尘埃所分割。将任意一种光学仪器对准银河,就能发现银河是由成千上万颗恒星组成的,正如伽利略在1609年发现的那样,这些恒星太遥远,其光芒太微弱,我们无法用肉眼单独辨认出它们。
当你看向银河时,其实是在从其侧边观察一个巨大的旋涡星系——也是我们所在的星系。你在晚上用肉眼能看到的每颗恒星都属于银河系,并且跟我们离得相对较近,与太阳的距离在几千光年之内。但是整个银河系的直径约为10万光年。那些位于银河系各条旋臂上的距离我们更加遥远的恒星的光芒汇聚在一起,构成了一道朦胧的光带,也就是我们所说的银河。
太阳系距离银河系的中心大约26,000光年,大致是从银河系中心到其可见边缘的距离的一半。当你想象银河系中的太阳系时,脑海中出现的画面可能是地球和其他行星在与银河系的星系盘相同的平面上围绕太阳运行。这画面并不算错,但是宇宙并没有要求太阳系和银河系的平面必须保持一致。
事实上,太阳系相对于银河系星系盘倾斜了大约60度。这就是为什么黄道(表现了太阳系所在平面的一道轨迹)是从西向东穿过天空,而在北方的仲夏和冬季的晚上,银河的光带(标志着银河系星系盘)却是从北向南把天空一分为二,与黄道几乎垂直。
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从侧边看到的银河
在南半球上观测时,我们便看到了银河系的真面目,一个从侧边视角看到的旋涡星系,其间交错着星际尘埃构成的暗带。它和我们在天文望远镜中观测到的其他星系形态类似,例如NGC 891(小图)。不过对于银河系,我们能看到它横跨整个天空。当银河系的中心位于我们头顶上方时,它的真实属性就变得一目了然了,就像这张拍摄于澳大利亚的照片,它经过处理,模拟了肉眼所能看到的景象。
什么时候观测银河
在地球带着我们绕太阳公转的过程中,我们得以从不同的角度看向银河的旋臂,就像坐在旋转木马上向外望去。从6月到8月,地球的夜面被转向银河系中心。我们能从人马座中看到银河系发光的中心,午夜时分,从北半球看,它位于天空的南边,但从南半球上看,它高挂在头顶的位置。
因为这时我们看向的是银河系中恒星分布最密集的区域,所以银河看起来最亮。每年这个时候,可见的许多星团和星云都位于船底-人马臂,它是天鹅-猎户臂(又称为猎户射电支)在朝内方向上的下一条旋臂。
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银河系地图
在通过射电望远镜和红外卫星进行了数十年观测后,这张银河系地图终于诞生了,它显示了我们的银河系是一个棒旋星系,从中央短棒的两端相对地延伸出两条主臂。虽然具体细节仍有争议,但我们似乎位于两条主臂之间的一条较小的支臂上。我们在夜空中用肉眼甚至天文望远镜所能看到的大部分天体,都属于银河系的猎户臂。从6月到9月,我们的视线朝向银河系的中心;从12月到翌年3月,我们能够观测到银河系的外缘。在北半球的春天,我们看到的是银河系上方的宇宙(见下页);而在北半球的秋天或南半球的春天,我们看的是银河系底部的宇宙,在这两段时间之间,我们的视线与盘形的银河系的平面垂直。
6个月后,从12月到翌年2月,地球的夜面朝向了相反的方向,正对着银河系的外缘以及猎户座和双子座。因为我们生活的星球位于一个靠外的旋臂中,所以在这个方向上,我们和深邃黑暗的星系际空间之间并不存在多少恒星系。天空中银河系所在的区域显得稍许暗淡。猎户座及其周围的那些明亮的恒星都离我们很近,相距1500光年左右,它们产生自我们所在的旋臂中恒星形成较为活跃的区域。从麒麟座到英仙座的许多星云和星团,都属于从我们所在处朝外方向上的下一条旋臂——英仙臂。
在春季和秋季之间,地球的夜面转到了与银河系垂直的方向。我们在3月到5月能望向银河系顶部的宇宙,从9月到11月则看向银河系底部的宇宙。在秋天,银河系不会完全从我们的视野中消失。随着天空角度的变化,银河系扭转成一条横跨天空的东西向光带。如果想要对银河系旋臂进行持续一段时间的探索,秋季的夜晚是最好的选择,对两个半球来说都是如此(北半球是9月到11月,南半球是3月到5月)。
然而,不管在哪个半球的春天,我们都会失去银河的踪迹。在春天的夜晚,银河的位置与地平线平齐,360度全方位环绕着我们。当我们抬头,看向的是银极:在北半球的春天看向北银极,在南半球的春天看向南银极。正是在银极的附近,远离了银河系模糊的尘云,我们才得以窥探到太空的更深处。在这里,我们发现了比银河系更为庞大、丰富的星系集群。对拥有天文望远镜的人来说,春天是进行星际探索的季节,无论你是住在加拿大新斯科舍省的悉尼市,还是住在澳大利亚东南沿海的悉尼市。
想要规划你的银河探险,请参阅第四章,进一步了解银河的位置在一年四季中是如何变化的。
在什么地方观测银河
想看到银河系的最佳状态,就要尽可能远离城市的灯光,也许可以去当地的暗夜保护地(见下一章)。举例来说,在8月最黑暗的天空中可以看到银河系朦胧的光芒从主星云远远延伸到海豚座和天琴座等星座。由星际尘埃形成的大暗隙变得清晰可见,它穿过天鹅座并向南延伸,将银河系“撕开一道裂口”。蛇夫座南部和人马座的对角方向的暗带看起来像一匹奔跑的黑马。在极度适宜的条件下,构成这匹黑马的一条前腿的暗带可以一直追溯到天蝎座的心宿二。
在人马座和天蝎座方位看到的银河是最壮观的,那里也是银河系的中心所在。从加拿大和北欧所处的纬度地区观察,这些星座始终在南边的地平线上“爬上爬下”,使“北方人”无法领略到银河系最壮丽的部分。要想更好地观赏这片区域的天空,请往南走。在美国南部或地中海所处的纬度上,人马座中发光的星云爬升到了足够的高度,它们明亮的光芒成为黑暗的夏季夜空中最吸睛的裸眼景观。
然而,即使已经走到了热带地区,你也还是连南方天空全貌的一半都看不到。真正能让你见证奇迹的纬度是南纬30度:智利中部、澳大利亚和非洲南部所处的纬度。在那里,在干燥的沙漠天空下,银河系的中心在冬季的夜晚(6月至8月)从头顶掠过,它散发出的光芒是那么明亮,甚至可以在地面上投下阴影。请躺下,仰望银河中心,享受这独一无二的三维视觉盛宴吧——这是其他天文景象都不具备的。当我们抬头看银河系的中心时,能明显感受到我们位于这个旋涡星系的外围,正在从侧边视角观望。
然而,由于许多天文学家一直被他们在北半球的不完全视角所影响,直到20世纪初,银河系的大小和形状以及我们在其中的位置等问题才得以解决。对于所有身处北半球的人,我们强烈建议你进行一次跨越赤道的旅行,到南半球去,从正确的视角欣赏银河,感受我们在银河系中的位置。这是裸眼天文学所能展现的极致。改变看待宇宙的视角,也能改变你看待生活的视角。
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银河系vs.黄道
由于太阳系所在的平面相对于银河系的平面有60度的倾斜,我们看到的银河系与黄道(表现为连接木星和土星的直线)相交的角度也是60度。这张照片拍摄于2019年6月,有两颗气态巨行星正分列在银河系两侧。
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银河系:北半球的夏夜vs.北半球的冬夜
左下图:在北半球的夏天,我们的视线朝向银河系内部,南边天空上是明亮的银心。在头顶上方,银河穿过天鹅座所在的区域非常明亮,在这个方向上,我们的视线穿过了地球所在的那条旋臂。这张展现了8月夜空的照片拍摄于艾伯塔省沃特顿湖国家公园的暗夜保护地。在这张360度的鱼眼图的左侧,我们还能看到微弱的对日照和黄道带。
右下图:6个月后,我们的视线转到了相反的方向,朝着银河系的外缘和英仙臂的外侧。虽然北半球冬季的银河系暗淡了许多,但在猎户座附近的恒星形成区及其周围仍有许多明亮的恒星。在这个2月的夜晚,我们能观测到西边的黄道光(右侧)和沿北地平线的极光(顶部)。
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