人类是怎样算出银河系的总体半径的?

Question

人类是怎样算出银河系的总体半径的?

Answer 1

我想人类对银河系的形状的认识最起码有三种方式：
1、统计法：通过对天体的观测来确定天体彼此之间的位置关系,比如我们可以通过某一个天体的移动和光谱及红移知道其与我们之间的距离和移动规律,通过大量的统计可以确定天体空间位置（我们可以将地球甚至是太阳系做为三位空间的原点,通过更加遥远的天体建立三位空间坐标系）,然后将他们的位置在三位空间坐标系中标示出来,这样我们就建立了银河系的三位模型.
2、拍照法：虽然我们身处银河系之中,但是我们还是可以对我们的周围空间进行拍照,通过直观图像也可以描述周围天体的位置关系,通过对同一角度的不同时间的图像的对比可以知道天体的运行规律（很多天体就是这样被发现的）,对这些图像进行三位组合就可以得到银河系的大致空间形状.
3、类比法：我们身处银河系中间,但是我们可以观察到银河系之外的其他星系（河外星系）的形状,通过前面两种方法我们已经知道了银河系的大致形状,通过对比,就可以知道银河系属于哪一类星系.
通过以上方法的综合和修正以及推测,我们就可以绘制出银河系的形状图.当然我们看到的银河系的形状图像是科学家们绘制出来的,不是真正的照片,要想看到银河系真正的照片,估计人类是很难做到的,因为我们只有飞出银河系进入遥远的宇宙空间才能做到,就象我们现在身处银河系中间可以拍摄其他河外星系的照片一样,我们起码要到另外一个星系上去才能拍摄到我们的银河系,银河系的半经有几十万光年的尺度,光要走几十万年,那我们人类最快的飞行器要走多少年呢?所以人类恐怕是很难到另一个星系去拍摄我们的银河系的照片了.
下面是关于银河系的简单描述（摘自：上海网上天文台,有补充）：
我们肉眼看见的所有恒星,以及许许多多因为太暗而肉眼看不见的恒星,还包括我们的太阳和太阳系在内,都属于一个巨大的恒星系统,即银河系.银河系中还包括许多星团、星际介质和星云.
“不识庐山真面目,只缘身在此山中”.我们身处银河系之中,能够看到的是一条横贯夜空的银河.这是一条朦胧不清的光带,绵延天空一整周.平均宽度约为20度.银河是由许多遥远的恒星组成的,表明了银河系的恒星在这一带非常密集.在银河中还可以看待许多暗带,说明在银河的方向上有大量的星际介质和暗星云存在.
现已知道,银河系的中心有一个突起的核球,半径有一万多光年,里面的物质非常密集,充满了浓厚的星际介质和星云.银河系还有一个扁平的盘,称为银盘.硬盘中恒星很密集,还有各种星际介质和星云及星团.银盘的直径有10多万光年,厚度只有几千光年.我们看到的银河,就是银盘中遥远的恒星密集在一起形成的.银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂,因此银河系属于旋涡星系,从里向外伸出了四条旋转的“手臂”：人马臂、猎户臂、英仙臂、3000秒差距臂,每条“手臂”都由难以计数的恒星和星云组成.
银河系除了核球和银盘以外,还有一个很大的晕,称为银晕.银晕中的恒星很稀少,还有为数不多的球状星团.银晕的半径可能伸展到30万光年之远.
银河系具有自转运动,但不像我们地球这样整体转动.银河系自转的速度,起先随离开银河系中心的距离增大而增大,但达到几十万光年后就停止增加,直到银晕中很远处都大致保持不变.
太阳在银河系中位于银盘之内,处于猎户臂的边缘地带,离开银河系中心约2.6万光年.太阳参加银河系自转的速度每秒200多千米.假定银河系中的恒星质量都与太阳相同(这并不是事实),那么可以推算出,在银河系中,大约有1000多亿颗恒星.
下面是关于星系分类的简单描述（摘自：上海网上天文台）：
河外星系的大小不一,外观和结构也显得多种多样.
在星系世界中,大量的成员与我们的银河系一样,外观呈旋涡结构,其核心部分表现为球形隆起(称为核球),核球外则为薄薄的盘状结构,从星系盘的中央向外缠卷有数条长长的旋臂,这就是所谓的旋涡星系.
也有许多星系呈现椭圆形或正圆形,没有旋涡结构,称为椭圆星系,它们中有许多是步入垂暮之年的"老龄"星系.一般来说,在椭圆星系内不再有新的恒星诞生.
那些介于旋涡星系和椭圆星系之间的星系,有明亮的核球和扁盘,但没有旋臂,形似透镜,称为透镜星系.
与之相反,还有一类星系既没有旋涡结构,形状也不对称,无从辨认其核心,有的甚至好像碎裂成几部分,称之为不规则星系,在其内部仍有恒星在不断形成之中.
河外星系常用它们所在的星座命名；另外,人们也习惯用它们在一种星表中的序号命名.如《梅西耶星表》和《星云星团新总表》：前者用M表示；后者用NGC表示,它是该表名的英文缩写.这些星系在宇宙中就像无边大海中的一些小岛一样,所以早期也有人把星系称为宇宙岛.