沈阳先生 编著
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银河系（英文：Milky Way Galaxy），是太阳系所在的棒旋星系（漩涡星系的一种），呈椭圆盘形，具有巨大的盘面结构，最新研究表明银河系拥有四条清晰明确且相当对称的旋臂，旋臂相距4500光年。银河系的恒星数量约在1000亿到4000亿之间。
银河系整体作较差自转。在太阳处的自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是太阳质量的1.5万亿倍。银河系的年龄大概在100亿岁左右，而科学界认为宇宙大爆炸大约发生于138亿年前。
银河系有两个伴星系：大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。它们都是本星系群的成员，并且是室女超星系团的一部分；而它又是组成拉尼亚凯亚超星系团的一部分。
银河系自内向外分别由银心、银核、银盘、银晕和银冕组成。银河系中央区域多数为老年恒星（以白矮星为主），外围区域多数为新生和年轻的恒星。周围几十万光年的区域分布着十几个卫星星系，银河系通过缓慢地吞噬周边的矮星系使自身不断壮大。
中文名
银河系
外文名
Milky Way Galaxy、Galactic System、galaxy、Milky Way system
形 状
椭圆盘形
类 型
棒旋星系
质 量
2✕10 12 M⊙
中心厚度
12,000光年
恒星数量
2.5×10^11±1.5×10^11
角动量
≈1×10^67 J s
棒模公转周期
100～120 Myr
旋臂公转周期
220～360 Myr
星系类型
Sbc型
太阳系位于
猎户座旋臂
太阳公转周期
2.7亿年
银盘直径
100,000光年
太阳系附近自转速度
220km/s
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观测
摄影镜头下的银河系
银河经过25个星座：天鹅座、天鹰座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人马座、天蝎座、天坛座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圆规座、苍蝇座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、猎户座、金牛座、双子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎虎座。
银河的鱼眼摄影作品，它看起来像一座拱桥横跨了整个夜空。
银河在天空中明暗不一，宽窄不等。最窄只有4°～5°，最宽约30°。然而，肉眼在天空各处看见的个别恒星，全都是银河系的一部分。来自这条带状弧上的光，都是源自银河平面上，肉眼不能解析的恒星和其它天体累积的光亮。对于北半球来说，银河夏季星空的重要标志，以及由3颗亮星，即银河两岸的织女星、牛郎星和银河之中的天津四所构成的“夏季大三角”。夏季的银河由天蝎座东侧向北伸展，横贯天空，气势磅礴，极为壮美。但只能在没有灯光干扰的野外（极限可视星等5.1以上）才能欣赏到。冬季的银河很黯淡（在猎户座与大犬座），但在天空中可以看到明亮的猎户座，以及由天狼星、参宿四、南河三构成的明亮的“冬季大三角”。（注：此段所在视角均为北半球地区）
从地球观看，银河中心是银河最亮的区域，其方向在人马座。从人马座，朦胧的白色光带似乎传递到背面的御夫座。光带然后继续其余的路径回到人马座附近，将天球分成两个大致相等的半球。银河北极位于赤经12 h 49 m，赤纬+27.4°，靠近周鼎一（后发座β）；银河南极在玉夫座α附近。由于这种高倾斜度，在一年中不同的时间，银河的弧出现在天空中的位置可以很高，也可以在很低。在地球上的北纬65度到南纬65度之间，银河会一天经过观测者的天顶两次。
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主要结构
银心
银河系的几何中心，是银河系的自转轴与银道面的交点。它在星系的中心凸出部分，呈很亮的球状，直径约为两万光年，厚1万光年。这个区域由高密度的恒星组成，主要是年龄大约在100亿年以上老年的红色恒星。证据表明，在中心区域存在着一个巨大的黑洞。天文学家观测发现银河系最中心的长宽高各一秒差距（3.26光年）空间内分布着高达4200万颗恒星，或者说那里的恒星密度高达每立方光年有28.9万颗恒星，比太阳系附近的恒星密度高了7200万倍。
银心除作为一个几何点外，它的另一含义是指银河系的中心区域。银心在人马座方向，1950年历元坐标为：赤经17°42′29″﹐赤纬-28°59′18″。太阳距离银心约25,000～28,000 ly（7.7～8.6 kpc）。这个值是以几何为基础的方法，通过测量标准烛光天体，用不同的方法得到这些范围近似但不同的数值。
在内部的数千秒差距（大约10,000光年的半径）是老年恒星密集区，大致成球形，被称为核球。
银心与太阳系之间充斥着大量的星际尘埃，在北半球用光学望远镜难以在可见光波段看到银心。射电天文和红外观测技术兴起以后，人们能透过星际尘埃，在2微米至73厘米波段探测到银心的信息。中性氢21厘米谱线的观测揭示，在距银心四千秒差距处有氢流膨胀臂，即所谓“三千秒差距臂”（最初将距离误定为三千秒差距，后虽订正为四千秒差距，但仍沿用旧名）。在这里大约有1000万个太阳质量的中性氢，以53km/秒的速度涌向太阳系。在银心另一侧，有大体同等质量的中性氢膨胀臂，以135km/秒的速度离银心而去。在距银心300秒差距的天区内，有一个绕银心快速旋转的氢气盘，以70～140千米/秒的速度向外膨胀。盘内有平均直径为30秒差距的氢分子云。
这两个巨大的气泡是来自银河中心的伽玛射线导致的。
2010年12月，美国天文学家道格.芬克拜纳教授等人在银河系中发现了两个巨大的“费米气泡”。这两个“气泡”从银河系中央、分别向南向北延伸，从室女座直达天鹤座，年龄可能以百万年计，而且每个都有2.5万光年宽。但依据天体物理学理论，这些放射伽马射线的泡沫其实不应该存在，科学家们至今对此十分困惑。一种见解认为，存在于银河系中央的超大质量黑洞形成了巨型喷流，而黑洞在其两极附近有可能形成接近光速的物质喷射；又或者说，它们可能由巨大恒星形成，黑洞周围大量气体形成了这些恒星，它们在大致相同的时间发生超新星爆炸；而还有一种看法是，“费米气泡”是暗物质粒子碰撞的结果。
几颗绕人马座A转动的恒星轨道。这暗示了人马座A*的巨大质量。
银河系的中心有一个被标志为人马座A*的强烈电波源。围绕着人马座A*运动的恒星的运动规律显示该处有个大质量的致密天体。12.8微米的红外观测资料指出，直径为1秒差距的银核所拥有的质量，相当于几百万个太阳质量，其中约有100万个太阳质量是以恒星的形式出现的。这种质量集中的最好解释就是存在着超大质量黑洞（SMBH，supermass black hole），估计它的质量介于410–450万太阳质量。 超大质量黑洞的吸积率符合估计值量约1×10−5 M☉ y−1的非活跃星系核。甚长基线干涉仪的探测表明，银心射电源的中心区很小，甚至小于十个天文单位，即不大于木星绕太阳的轨道。流入致密核心吸积盘的相对论性电子，在强磁场中加速，产生了同步加速辐射。
人马座A*附近的射电图像。
2012年11月11日一个国际天文小组，利用美国国家航空航天局的钱德拉X射线太空望远镜探测到从位于银河系中心的人马座A*爆发出的明亮的X射线耀斑，亮度是黑洞正常发光的150倍，耀斑爆发时间超过1小时，然后逐渐变暗。2019年8月9日，在两小时之内，人马座A*的亮度增大到原来的75倍。天文学家认为，这次观测开始之前，它甚至更亮。这些亮度变化的一种解释是，它正在吞噬周围的某些物质。这些物质落入黑洞过程中摩擦生热，转化为能量释放出来，从而导致了人马座A*的亮度变化。
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银盘
银河系的摄影作品，横贯天空的是银盘的一部分。
银盘是银河系的主要组成部分，是由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘。在银河系中可探测到的物质中，有九成都在银盘范围以内。银盘外形如薄透镜，以轴对称形式分布于银心周围，其中心厚度约1万光年，不过这是微微凸起的核球的厚度，银盘本身的厚度只有两千光年，直径近20万光年，总体上说银盘非常薄。
银盘空间结构剖面图，红色和白色的区域是银盘，蓝色是银晕。
2017年底，国家天文台刘超研究员等率先利用LAMOST数据成功绘制出银盘外围的空间结构剖面图。研究人员分析，银盘的恒星数目虽然在随着银盘半径减少，但并没有在5万光年处停下来，而是一直延伸到距离中心6.2万光年处。以往的研究认为，银盘的半径大约只有14-15千秒差距，之后会有一个明显的截断，很多理论研究据此推演银河系的形成和演化历史。尽管有研究在距离银心20千秒差距的地方陆续发现了少量的年轻恒星，但是直到这项工作，人们才真正系统地看到了银河系外盘的庐山真面目。
除了1千秒差距范围内的银核绕银心作刚体定轴转动外，银盘的其他部分都绕银心作较差自转，即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式存在，占银河系总质量不到10%的星际物质，绝大部分也散布在银盘内。星际物质中，除电离氢、分子氢及多种星际分子外，还有10%的星际尘埃，这些直径在1微米左右的固态微粒是造成星际消光的主要原因，它们大都集中在银道面附近。
银盘主要由星族Ⅰ天体组成，如G～K型主序星、巨星、新星、行星状星云、天琴座RR变星、长周期变星、半规则变星等。
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银晕和银冕
银河的盘面被一个球状的银晕包围着，直径25万～40万光年。由于盘面上的气体和尘埃会吸收部分波长的电磁波，所以银晕的组成结构还不清楚。盘面（特别是旋臂）是恒星诞生的活跃区域，但是银晕中没有这些活动，疏散星团也主要出现于盘面上。银晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内，银晕直径约10万光年，这里恒星的密度很低，分布着一些由老年恒星组成的球状星团，在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区称银冕，银冕至少延伸到距银心32万光年远。 [24] 银河的盘面被一个球状的银晕包围着，估计直径在250,000至400,000光年。由于盘面上的气体和尘埃会吸收部分波长的电磁波，所以银晕的组成结构还不清楚。盘面（特别是旋臂）是恒星诞生的活跃区域，但是银晕中没有这些活动，疏散星团主要分布在盘面上。
银河系结构效果图。围绕银盘的球形结构即为银晕。
银河中大部分的质量是暗物质，形成的暗物质晕估计有5.8×1011M☉，以银河为中心被聚集着。
在2006年1月9日，Mario Juric和普林斯顿大学的一些人宣布，史隆数字巡天在北半球的天空中发现一片巨大的云气结构（横跨约5,000个满月大小的区域）位在银河之内，但似乎不合于目前所有的银河模型。他将一些恒星汇聚在垂直于旋臂所在盘面的垂在线，可能的解释是小的矮星系与银河合并的结果。这个结构位于室女座的方向上，距离约30,000光年，暂时被称为室女座星流。
银河系简易横向结构图。
2017年，国家天文台研究人员利用LAMOST观测的晕族红巨星，直接绘制出银河系40千秒差距（1秒差距约为3.26光年）内的三维剖面图，从而揭示出恒星晕的复杂构成——内部呈扁球形，外部则逐渐变成球形。恒星数密度则按照单一幂律形式由内向外减少。
2019年8月，中国科学院国家天文台利用LAMOST DR5中K巨星的三维位置和三维速度，在银河晕中找到40余组子结构，包含近2000颗恒星。其中包括大量的人马座星流、麒麟座星环、室女座致密区、孤儿星流等银晕中已知子结构和其他未知子结构的成员星，并第一次给出了银河系晕中大样本子结构的六维参数信息。这些信息更加精确地展现出银河系现在的结构以及其过去的吸积历史。通常星系在发生吸积并合时，会在其周围的空间（晕）中留下原星系的残骸，例如星流（stream）、致密区（overdensity）、壳层（shell）等子结构（substructure ）。
晕星样本的三维位置和三维速度分布
为了寻找这些子结构，研究人员利用LAMOST DR5中K巨星的空间位置和视向速度，再结合匹配自Gaia DR2的切向速度信息，得到13000余颗具有完整六维相空间信息的晕星星表，同时这也是目前（2020）能够得到的拥有完整六维信息的最大银河系晕星星表。
研究人员在对样本中具有相似速度和位置的恒星进行归类和分组后，在13000颗晕星样本中找到了40余组，近2000颗晕星是属于子结构的，这些恒星具有明显区别于本地晕星的成团性（位置和速度空间）。
晕中子结构的空间分布（XZ平面），不同的颜色和形状表示不同
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旋臂
银河系有5条主旋臂，它们分别是英仙臂、猎户臂、船底-人马臂、矩尺臂和盾牌-半人马臂。
银河系想象的俯视图。
英仙臂的半径大约有10,700秒差距，位于天鹅臂和人马臂之间，由于从地球上看的位置在英仙座而被称为英仙臂。盾牌-半人马臂，也称盾牌-南十字臂是从银河系中心接近棒的末端，由弥散的气体和尘埃组成，向外螺旋弯曲的长串星流。它与银河的棒连接的区域是丰富的恒星形成区。除此之外，银河系还有其他旋臂。银河系的螺旋结构还不确定，目前对于银河臂的性质也还没有共识。因为银河系的螺旋臂经常有分支、合并、意外的扭曲，而有程度不一的不规则性，完美的对数螺旋模式只能粗略的描述太阳附近的特征。
太阳系在猎户臂上。这条臂位于英仙臂和人马-船底臂之间，长度约为20000光年。它的形状和包含丰富的大质量恒星形成区可与其他4条旋臂模拟。本地臂或许不是孤立的，它极有可能是邻近英仙臂和人马-船底臂的一部分。太阳离银河系中心距离为26000光年，绕银心旋转速度为236千米/秒，绕行一周大约要2.12亿年。太阳几乎在银盘的中心平面上，距中心面垂直距离约为20光年，比以前的估计值82光年要小。
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太阳系
太阳系位于猎户座旋臂靠近内侧边缘的位置上，距离银河系中心约2.64万光年，逆时针旋转，绕银心旋转一周约需要2.2亿年。 太阳运行的方向基本上是朝向织女星，靠近武仙座的方向，偏离银河中心大约86度。太阳环绕银河的轨道大致是椭圆形的，但会受到旋臂与质量分布不均匀的扰动而有些变动。
太阳在银河系中处于猎户座旋臂。
太阳系大约每2.25亿～2.5亿年在轨道上绕行一圈，可称为一个银河年。因此以太阳的年龄估算，太阳已经绕行银河20～25次了。太阳的轨道速度是217km/秒，换言之每8天就可以移动1个天文单位，1400年可以运行1光年的距离。
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太阳在银河系中 |
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太阳距银心 |
约28000光年 |
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北银极 |
α=12h51m，δ=+27°07'（后发座） |
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银心方向 |
α=17h45m，δ=-28°56′（人马座） |
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太阳处银河系旋转速度 |
约250公里/秒 |
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太阳处银河系旋转周期 |
约2.2亿年 |
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相对于3K背景的运动速度 |
约600公里/秒（朝向α=10h，δ=-20°方向） |
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参考数据: |
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翘曲结构
2019年，中国科学院国家天文台陈孝钿、邓李才研究组和北京大学王舒研究组基于经典造父变星构建了一个稳健的银河系盘模型，给出了银河系翘曲结构的直观三维地图。造父变星是一类中等质量的年轻脉动变星，比太阳重3至20倍，亮约几万倍。由于它们的脉动周期和亮度严格相关，因此可以精确测定距离，精度可达3%至5%。
科学家研究发现距离银河系中心越远，造父变星就越偏离银盘面，整体呈“S”型；同时，从银心向外的翘曲呈现复杂的进动现象。该项工作表明银河系外盘翘曲的起源与巨大的内盘所施加的力矩有关，并且造父变星所示踪的恒星盘与气体盘的结构非常一致，至少向外延伸到约6.5万光年。尽管翘曲现像在河外星系中经常出现，但是理论家们对它是如何形成的莫衷一是。一种可能的解释是外盘受到某种转矩作用而形成。
银河系银盘翘曲结构三维地图。
2013年12月19日，盖亚空间望远镜在法属圭亚那成功发射升空，飞往距地球150万公里的地日拉格朗日L2点——这是太阳和地球引力的平衡点之一。
通过盖亚空间望远镜，人们进一步证实了以前认为是水平的银河系银道面，实际上是一种一头高、一头低的翘曲结构。太阳系所在位置的银盘厚度约为500光年，太阳位置以外翘曲的程度大约是偏离银道面4500光年，在对应另外一端银盘的厚度大约是3000光年。此前有人提出，暗物质、磁场等或是造成这种翘曲结构的原因，但是后来发现，暗物质等因素无法解释这种结构在未来6到7亿年内的运动速度，并且这个速度貌似还在随时间变化。
于是，科学家提出了一个猜想：翘曲结构或许源自银河系与其他星系的碰撞：银河系的一个卫星星系——半人马座矮星系嫌疑最大。此前的研究表明，它的确曾经几次纵穿银河系圆盘，而且可能正在被银河系吸收。此种碰撞对两个星系内的天体均有很大影响。因为天体正面相撞的机率非常小，这种影响主要集中在运动轨道的改变、局部物质密度的扰动等方面。盖亚空间望远镜的观测数据表明，大约在62亿年至42亿年前，人马座矮星系和银河系初次相撞，导致了银河系内气体物质的扰动。
盖亚望远镜。
盖亚空间望远镜收集的数据，不仅揭示了人马座矮星系对银河系的影响，碰撞产生的涟漪似乎引发了主要的恒星形成事件。一项新研究揭示了57亿年前的银河系往事——银河系或与半人马座矮星系发生过3次碰撞，第一次碰撞就产生了太阳，因为太阳的年龄与因半人马座矮星系碰撞效应而形成的恒星年龄一致。
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伴星系
银河系有两个伴星系（卫星系）：大麦哲伦云和小麦哲伦云。与银河系相对的星系称为河外星系。
银河系、仙女座星系和三角座星系是本星系群3个主要的星系，本星系群总共约有50个星系，而本星系群又是本超星系团的一份子。
伴星系之一：大麦哲伦星系。
银河被一些本星系群中的矮星系环绕着，其中最大的是直径达2.1万光年的大麦哲伦星系，最小的是船底座矮星系。其他环绕着银河系的还有小麦哲伦星系，最靠近的是大犬座矮星系，然后是人马座矮星系、小熊座矮星系、玉夫座矮星系、六分仪座矮星系、天炉座矮星系和狮子I矮星系。
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质量
估计的银河系质量各不相同，取决于使用的方法和数据。最低的估计值范围，银河系的质量是5.8×10 11太阳质量（M），略小于仙女座星系的质量。在2009年，使用超长基线数组发现在银河系外侧边缘的恒星速度达到254 km/s（570,000 mph）。因为轨道速度取决于轨道半径内的总质量，使推测银河系有更大的质量，大约与仙女座星系相当，在距离中心160,000 ly（49 kpc）的距离内，质量是7×10 11 M。在2010年，测量晕星的径向速度，发现在8,000秒差距内的质量是7×10 11 M 。根据2014年发表的一项研究，银河系的总质量估计为8.5×10 11 M，这大约是仙女座星系一半的质量。
2020年，国际研究团队利用美国国家航空航天局哈勃太空望远镜和欧洲航天局"盖亚"探测器对银河系进行了迄今最精确的"称重"，认为银河系质量大约相当于1.5万亿个太阳质量。在银河系总质量中,约2000亿颗恒星以及银河系中心一个超大型的黑洞仅占很小的比例，大部分质量来自暗物质。这种看不见的神秘物质，就像宇宙的“脚手架”，把恒星固定在星系的某个位置。 暗物质晕相对均匀的分布至距离银河中心10万秒差距处。银河系的数学模型表明暗物质的质量是1–1.5×10M ☉。最近的研究表明质量范围可以大到4.5×10M ☉，小到8×10M ☉。
银河系所有恒星的总值量估计在4.6×10M ☉至6.43×10M ☉之间。除了恒星之外，还有包括90%的氢和10%的氦组成的星际气体，其中三分之二的氢是原子形式，其余的三分之一是分子氢。这些气体的质量相当于星系恒星总质量的10%至15% 。额外的星际尘埃占气体总质量的1%。
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研究年表
早期探索
1584年，意大利人布鲁诺明确提出宇宙是无限的，恒星都是遥远的太阳，太阳只是无数个恒星中的普通一员。
1609年8月25日，意大利科学家伽利略·伽利莱首次使用望远镜进行天文观测，而后，T.赖特、I.康德、JH朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。
1612年，德国天文学家马里乌斯率先用望远镜发现了仙女大星云。
天文学家威廉·赫歇尔
1718年，英国天文学家哈雷通过观测和分析，首次指出恒星不动的概念是错误的。后来，赫歇尔正确地认识到，恒星运动是由恒星自身的运动和太阳的空间运动两部分合成的结果。
1750年，英国天文学家赖特（Wright ）发表了《宇宙的新理论》一书。他根据银河状况，银河系是扁平的，由于太阳连同地球位于这一系统的内部，从不同方向观测才看到了银河和离散分布的点点繁星。赖特猜想，这类星云中有一些可能是同银河系相似的巨大恒星系统。
1755年，德国人康德首次明确提出在银河系外的宇宙空间中存在着无数个类似的天体系统，称为河外星系，或简称星系。
1783年，赫歇尔通过对所观测到的大量恒星运动的统计分析，发现太阳以大约每秒20千米的速度朝着织女星方向运动，太阳空间运动的发现彻底动摇了哥白尼日心体系中太阳固定不动的观念。
赫歇尔手绘的银河系结构
1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳用“恒星计数”的方法绘制了一张银河图，他用方法得出了银河系恒星分布为扁盘状，被群星环绕，其长度为7000光年，宽1400光年，太阳处在银河系的中心。这是人类建立的第一个银河系模型，它虽然很不完善，但使人类的视野从太阳系扩展到银河系广袤的恒星世界中。
18世纪后期，英国天文学家威廉·赫歇耳用自制的反射望远镜进行了系统的恒星计数观测，他计数下117600颗恒星，以此得出了一个恒星系统呈扁盘状的结论。
19世纪，约翰·赫歇耳将恒星计数的工作扩展到南天 。
1852年，美国天文学家史帝芬·亚历山大声称银河系是一个旋涡星系，却拿不出证据加以证明。
近现代观测
早期绘制的银河系结构想象图
20世纪初，美国威尔逊山天文台建成了当时世界上最大口径的2.5米天文望远镜。天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。JC卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在其中心。沙普利计算出：银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距，这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。
赫罗图可以揭示恒星演化
1900年，荷兰天文学作家科内利斯·伊斯顿公布银河系漩涡结构图，然而旋臂及银心都画错了。
1904年，恒星光谱中电离钙谱线的发现，揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究，证认出星云中的气体和尘埃成分。
1906年，卡普坦为了重新研究恒星世界的结构，提出了“选择星区”计划，后人称为“卡普坦选区”。他于1922年得出与FW赫歇耳的类似的模型，也是一个扁平系统，太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。在假设没有明显星际消光的前提下，于1918年建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。到20世纪20年代，沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应，沙普利把银河系估计过大。到1930年，特朗普勒证实星际物质存在后，这一偏差才得到纠正。
1913年，赫罗图问世。
1917年，美国天文学家沙普利通过对银河系内天体分布的分析，确认太阳并不位于银河系的中心，而是处于相对说来比较靠近银河系边缘的地方，从而纠正了赫歇耳银河系模型的错误。
1918年，威尔逊山天文台建成了口径2.54m的反射望远镜———胡克望远镜。美国天文学家H.沙普利（Harlow
Shapley）经过4年的观测，提出太阳系应该位于银河系的边缘。研究球状星团的空间分布，建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。而是在银河系的边缘。银河系的中心应在人马座方向。沙普利提出了太阳不在银河系中心的观测分析结果。在观测发现了银河系自转以后，沙普利的银河系模型得到了天文学家的公认。
20世纪20年代，银河系自转被发现后，沙普利的银河系模型得到公认。但由于未计入星际消光，沙普利模型的数值不准确。研究银河系结构传统上是用光学方法，但有一定的局限性。近几十年来发展起来的射电方法和红外技术成为研究银河系结构的强有力的工具。
1922年，威尔逊山天文台的邓肯在编号为M31的星系中发现了一些变星。
1923年，哈勃用威尔逊山天文台的胡克望远镜通过照相观测，将M31的外围部分分解为单个的恒星，并认出其中的一颗是造父变星，接着在M31中又找到几颗造父变星。此外，在M33和NGC6822中也发现了一些这类变星。10月6日，美国天文学家哈勃利用这台望远镜拍摄了仙女星云的照片，照片上星云的外缘已被分解成一颗颗恒星。哈勃从中发现了多颗这类变星。利用这些造父变星，哈勃推算出仙女星云的距离为225万光年，远远超出银河系范围。河外星系的存在最终得以确认。
1926年，瑞典天文学家林得布拉德分析出银河系也在自转。把对银河系的认识大大向前推进了一步。
1927年，荷兰天文学家奥尔特证明银河系确实在绕中心自转，同时说明银河系的整体不是固体。因此，越靠近中心，自转越快，银河系边缘自转缓慢。
1929年，荷兰天文学家巴特·博克计划使用恒星计数法探测银河系的结构，十多年后宣告失败。
1931年，巴德于威尔逊山天文台工作，并开始发展星族的概念。
1942年，瑞典天文学家林德布拉德提出“密度波”概念，后来美国科学家提出了系统的密度波理论，初步解释了旋臂的稳定性。
1943年，威廉·摩根（William Morgan）与光谱学家飞利浦·基南共同发表一套完整的光谱图集来描述各种不同光谱型和亮度级的恒星之光谱特征，称为MK（摩根—基南）分类系统。
1944年，巴德通过仙女星系的观测，判明恒星可划分为星族Ⅰ和星族Ⅱ两种不同的星族。星族Ⅰ是年轻而富金属的天体，分布在旋臂上，与星际物质成协。星族Ⅱ是年老而贫金属的天体，没有向银道面集聚的趋向。
1951年，摩根提出，银河是螺旋形的。根据摩根的说法，银河系有3条炽热恒星群组成的旋臂，分别是英仙座、猎户座和人马座旋臂。本杰明说，近年来，人们普遍坚持的是，银河系有4条主要旋臂，分别是定规座旋臂、半人马座旋臂、人马座旋臂和英仙座旋臂。太阳坐落在位于人马座和英仙座之间的一条小旋臂--猎户座旋臂附近。
1964年，美籍华裔科学家林家翘与徐遐生提出旋涡星系螺旋臂的维持密度波理论，初步解释了旋臂的稳定性，他们建议螺旋臂只是螺旋密度波的显示。
20世纪70年代期间，人们通过探测银河系一氧化碳分子的分布，意外地发现了银河系的第四条旋臂，它跨越狐狸座和天鹅座。
1971年，英国天文学家林登·贝尔和马丁·内斯分析了银河系中心区的红外观测和其他性质，指出银河系中心的能源应是一个黑洞。
1976年，法国的两位天文学家还具体地绘制出了以上四条放臂在银河系中的位置，这是迄今最好的银河系漩涡结构图像。
1982年，美国天文学家贾纳斯和艾德勒发表了令人震惊的新说法--他们通过对银河系434个银河星图的图表绘制，发现银河系并没有漩涡结构，而只是一小段一小段的零散旋臂，漩涡只是幻影，这是因为银河系各处产生的恒星总是沿银河系旋转方向形成一种“串珠”，而不断产生的新恒星连续地显现着涡漩的幻影。
哈勃空间望远镜
斯皮策太空望远镜绘制的银河系红外扫描全景图
2003年，升空的斯皮策太空望远镜已对从太阳系的小行星到可观测宇宙边缘的遥远星系进行了逾10年的研究。这是首次在一张巨幅全景图上将所有星辰的图片拼接再现。银河系是个扁平的螺旋盘，太阳系位于其中一个螺旋臂上。由于大量尘埃和气体阻挡了可见光，因此在地球上无法直接用光学望远镜观测到银河系中心附近的区域。而由于红外线的波长比可见光长，所以斯皮策太空望远镜能穿透密集的尘埃并观测到更遥远的银河系中心地带。2003年3月21日，天文学家根据获取的数据绘制了一幅更精确的银河系中心带星图，并指出银河系比先前所想的更大一些。这些数据使科学家能建立起一个更全面立体的星系模型。
2004年，天文学家使用甚大望远镜（VLT）的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究，首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进了2至3亿年，因而估计球状星团的年龄在134±8亿岁，因此银河系的年龄不会低于136± 8亿岁。
2006年，新的发现认为，银河系的主序星中都是单星。银河系中大部分的物质是暗物质，形成的暗银晕有0.6万亿～3万亿个太阳质量，以银核为中心聚集着。一般认为银河系中的恒星多为双星或聚星。研究人员的报告指出，过去发现银河系的盘面有不明原因的倾斜，现今已经发现是环绕银河的大小麦哲伦星云的扰动所造成的涟漪。是在它们穿过银河系的边缘时，导致了某些频率的震动所造成的。科学家宣布说，他们已证实银河系发生了弯曲变形，而导致其变形的力量来自环绕其外围的暗物质激荡。科学家解释说，暗物质虽然看不见，但它们的质量可能是银河系中可见物质的20倍，所以对银河系中天体的影响是不可小视的。2006年5月9日，天文学家发现了银河系的两个新矮星系。这两个矮星系均为椭球矮星系，分别位于星空中猎犬座和牧夫座的所在方向，均距离太阳约64万光年。据专家介绍，一个星系的亮度不到银河系的10%，就被视为矮星系，而星系的亮度主要与星系中恒星的数量有关。牧夫座方向新发现的矮星系是迄今已知最暗淡的矮星系，但其亮度还是相当于10万个太阳。
2008年，科学家宣布说，他们通过观测证实银心中的确存在着黑洞。科学家花了16年时间在智利的欧洲南方天文台追踪围绕银心运行的28颗恒星，从而证实了黑洞的存在，因为黑洞影响着这些恒星的运行。探测表明，这个名为人马座A*的巨型黑洞，其质量是太阳的400万倍，距离地球大约2.7万光年。
开普勒空间望远镜
2009年3月6日，美国用德尔塔ΙΙ型火箭发射了世界第一个专门用于寻找类地行星的空间望远镜——“开普勒”。其任务是寻找与地球相似的星球，解答“地球是否是孤独的”这一历史难题。如果发现许多类地行星，就意味着生命可能在银河系内普遍存在。专家预计，“开普勒”可发现50颗以上的类地行星。
5月14日，欧洲航天局的“赫歇尔”和“普朗克”空间望远镜由阿丽亚娜5—ECA型火箭发射升空，其观测结果将颠覆人类对宇宙的认识。
5月14日—18日，“阿特兰蒂斯”号航天飞机航天员通过太空行走，顺利完成了对哈勃空间望远镜进行第五次维修升级，哈勃的探测能力将增强70倍，工作寿命将延长到2014年。
12月4日美国发表了绘制的最新红外银河系全景图，该图像是由80万张斯皮策太空望远镜拍摄的图片拼凑而成，全长37米。分辨率比此前最为清晰的银河系照片高100倍。
在这幅图片的帮助下，科学家对银河系进行了恒星计数，他们在计数后认为银河系只两条主要旋臂。在依据此项研究绘制的银河全图上，人们看到两条源于核球的主旋臂，太阳依然位于银河系接近边缘的地方，它的具体位置是猎户座旋臂的内侧，这是一条小旋臂，处于人马座臂和英仙座臂之间。人马臂和矩尺臂绝大部分是气体，只有少量恒星点缀其中。
斯皮策空间望远镜拍摄的银河全景图
2014年，科学家公布的最新的观测数据显示，银河系的质量仅为仙女座的一半。这个研究结果来自一支国际研究小组，包括卡内基·梅隆大学的宇宙学家马修·沃克，他们的研究论文发表在英国皇家天文学会的月刊上。论文指出，研究小组使用了一种全新的方法去测量星系的质量，比以往的测量方法更加精确。美国航天局（NASA）公布了数字版银河系360度全景图，该图片由“斯皮策”太空望远镜过去10年拍摄的200万张照片拼接而成，包括银河系一半以上的恒星，像素达200亿，如果打印出来，需要体育场那么大的地方才能展示，因此美国航天局决定发布其数字版，方便天文迷查询。其实，这张图片展示的仅是地球天空中大约3%的区域，却包含了银河系里超过一半的星辰。
2015年3月，科学家使用斯隆数字巡天勘测数据分析了银河系边缘恒星的亮度和距离，结果发现银河系边缘像瓦楞纸板一样，存在皱褶结构，凹槽中存在着恒星。实际上这些恒星区域也是银河系的一部分，真实的银河系比之前预想大50%。11月7日，关于银心的最新观测表明，银河系的最核心部位基本上全部是由白矮星组成的，数量则至少在10万颗上下。而和心中的核心，则是由大约70颗较大的白矮星组成的。至于如何观测到更多的内容，科学家表示，需要靠下一代观测设备，比如NASA正在建设的James Webb号天文望远镜来完成了。
2018年4月10日，美国国家航空航天局(NASA)消息，天文学家使用哈勃太空望远镜，首次精确测量了地球与宇宙中最古老天体系统之一——球状星团NGC 6397的距离。
2019年3月，科学家们利用哈勃太空望远镜和盖亚的观测数据来对银河系质量进行估计，得出的结果是约为1.5万亿太阳质量。10月6日，澳大利亚和美国研究团队近来发现，银河系中心的超大质量黑洞在350万年前喷射出巨大能量束，像灯塔光束一样沿两极扩散形成两个锥形喷发云。研究显示，这种规模的爆炸强度只可能来自与人马座A黑洞有关的核活动，这一黑洞质量大约是太阳的420万倍 。
2020年3月25日，英国科学家，达勒姆大学天体物理学家艾丽丝·迪森及其同事利用银河系附近星系，找到了银河系的边界。他们的最新研究显示，银河系的精确直径为190万光年，误差不超过40万光年（1光年等于94600亿千米）。5月09日，国家天文台消息，科研团队利用郭守敬望远镜与欧空局盖亚空间望远镜的观测数据，在银河系的猎户座星云附近发现一个新的移动星群，共包含206颗成员星，其中74颗是主序前恒星，也就是中心氢尚未点燃的原恒星。天文学家表示，该移动星群的发现，为研究银河系旋臂密度波驱使恒星聚集、从而触发星云坍塌的可能性提供了观测证据，对理解银河系的形成、结构和演化具有重要意义。
仰望银河系
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相关研究
矮星系
2019年2月6日，哈勃太空望远镜在银河系“后院”发现一个此前不为人知的矮星系，新发现的恒星系亮度微弱，直径约3000光年，仅相当于银河系一块“碎片”。研究人员将其命名为“Bedin 1”。它有长达130亿年的历史，在天文学上相当于早期宇宙的“活化石”，可以帮助揭示宇宙早期演化的奥秘。
观测伴星
科学家利用NASA的远紫外谱仪探索卫星首次探测到船底座η（Eta Carinae）的伴星。船底座η是银河系中最重最奇异的星体，坐落在离地球7500光年船底座，在南半球用肉眼就可以清楚的看到。科学家认为船底座伊塔星是一个正迅速走向衰亡的不稳定恒星。
宇宙膨胀
斯隆数字天空观测计划天文学家确定，暗能量正在驱动着宇宙不断地膨胀。约23%的宇宙物质是暗物质，没有人知道它们究竟是什么，因为它们无法被检测到，但它们的质量大大超过了可见宇宙的总和。而近73%的宇宙是最新发现的暗能量。这种奇特的力量似乎正在使宇宙加速膨胀。
英国皇家天文学家马丁·里斯将这一发现称为“最重要的发现”。这一发现是绕轨道运行的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和斯隆数字天文台（SDS S）的成果。它解决了关于宇宙的年龄、膨胀的速度、组成宇宙的成分等一系列问题的长期争论。
天文学家现今相信宇宙的年龄是138亿年。
麦哲伦星云
NASA在2013年公布的大麦哲伦星云图片
美国航空航天局在2013年6月公布了Swift探测器所拍摄的大麦哲伦星云和小麦哲伦星云的最新照片。这些图像均来自Swift探测器所搭载的紫外线光学望远镜。
大麦哲伦星云的原始图片像素数高达1.6亿，由2200张局部照片拼接而成，而拍摄这些照片共耗时5.4天。而小麦哲伦星云的原始图片像素数则为5700万像素，由656张局部照片组成，拍摄耗时共计1.8天。
据NASA官方数据显示，大麦哲伦星云和小麦哲伦星云都是银河系的伴星系。其中，大麦哲伦星云距离银河系约16.3万光年，其规模约为银河系的20%，质量仅相当于银河系的2%，而小麦哲伦星云距离银河系约20万光年，质量是大麦哲伦星云的50 %。
银河系波浪结构假想图
2019年8月，由一个国际科研团队绘制的银河系三维地图显示，银河系的形状是一个波浪状的圆盘。在研究中，姆鲁兹和来自美国俄亥俄州立大学以及英国沃里克大学的同事们将造父变星作为参照。这些星体会以非常有规律的周期发生脉动，其温度和直径都会随之变化。造父变星的发光度和脉动周期之间的直接关联使其可以被作为星系内外重要的距离指示物。文章解释说，经典造父的发光度是太阳的100到1万倍。它足够明亮，因此可以在银河系外的位置被探测到。造父变星脉动的周期性有助于推断它们的绝对星等。如果已经了解星际消光现象，就可以通过比较绝对星等和视星等来确定距离。
在确定每一颗造父变星相对于太阳的三维坐标后，科研人员建起了一个银河系的大规模三维模型。这个模型更加恰如其分地呈现出银河系类似于波浪状圆盘的形状。
精确质量
哥伦比亚大学的科学家对银河系的质量进行了精确计算，最新的结果认为银河系质量大约是太阳的2100亿倍，包括银河系边缘拥有数千颗恒星的恒星团。
来自哥伦比亚大学的博士Andreas
Kupper负责的研究小组认为，他们可以通过斯隆数字巡天观测到的银河系波动现象，利用哥伦比亚大学的超级计算器模拟出多少质量能够诱发如此规模的波动。通过这种方式并结合银河系大约12万光年的直径，科学家计算出银河系的质量为2100亿倍太阳质量。
这个数字虽然是截止2015年较为精确的值，但仍然存在不确定性，偏差可能达到20%左右，比之前银河系的质量估计值偏差要小很多。早前的数据认为银河系的质量是太阳的7500亿倍，甚至一度达到1万亿倍，误差率达到100%，几乎无法确定银河系的具体质量。
但是在银河系还有大量的暗物质无法观测，大多数恒星聚集在4万光年的半径内，之外几乎完全是由暗物质统治。
类地行星数目
2020年6月18日，加拿大科学家在最新一期《天文学杂志》撰文指出，他们的计算表明，银河系约有60亿颗类似地球的行星。研究者、不列颠哥伦比亚大学的米歇尔·国本解释说，一颗行星如果要被视为类似地球的行星，则这颗行星必须是岩石行星，大小与地球差不多，围绕类似太阳的恒星（G型星）旋转。而且，这颗行星必须位于恒星宜居区内，在该区域内，岩石行星的表面可以容纳液态水，因此，有潜力适合生命繁衍生息。
国本认为，每颗G型恒星拥有类地行星的上限为0.18颗。此前，有科学家估算每颗类日恒星拥有潜在宜居行星的数量从0.02颗到超过1颗不等。另一位研究者、UBC天文学家杰米·马修指出：“银河系至多拥有4000亿颗恒星，其中7％是G型恒星，这意味着在银河系中可能只有不到60亿颗类地行星。 ” [75]
银河系年龄
2004年，依据欧洲南天天文台（ESO）的研究报告，银河系的年龄约为136亿岁，差不多与宇宙一样老。由许多天文学家所组成的团队在2004年使用甚大望远镜（VLT）的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究，首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进2亿～3亿年，因而估计球状星团的年龄在129±5亿岁左右，因此银河系的年龄不会低于122 ±8亿岁。
仙女座大星系，少数蓝移星系之一，它正在靠近银河系
当前的观测认为仙女星系（M31）正以每秒300公里的速度朝向银河系运动，在30亿～40亿年后可能会撞上银河系。但即使真的发生碰撞，太阳以及其他的恒星也不会互相碰撞，但是这两个星系可能会花上数十亿年的时间合并成椭圆星系。
天文学家利用在夏威夷、加勒比海地区和美国东北部的天文望远镜观察得出结论：银河系的体积比之前预计的大50%左右。科学家们指出，体积越大，与邻近星系发生灾难性撞击的可能性也增大。不过，即使发生也将是在20亿～30亿年之后。
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科学家怎么看到银河系全貌
地球在银河系中，人类没有飞出银河系，科学家怎么看到银河系全貌？
银河系的全貌
在这张照片中每一个像素都是一颗恒星。如果没有特别标注，我们根本就看不到地球所在的太阳系在哪里。目前科学家测得银河系的直径有10万到18万光年，估计银河中包含了大约1200亿颗恒星。地球深处浩瀚的银河系其中，现在的人类根本就没有能力飞出银河系。那我们是怎么拍下整个银河系的呢？
既然人类无法飞出银河系，那么我们看到的银河系全貌就不是拍下来的。这是科学家经通过对银河系的观测用计算器模拟出来的。
太阳系在银河系中的位置
银河系是什么形状的？我们在地球上观察银河就会略知一二。特别是在夏天，我们会看到天空中的银河。我们看到的银河是银河系的一部分。我们之所以称它是“河”是因为它的形状是带状的。我们在银河系中看到银河系呈带状而非圆球状。这就说明了银河系的呈偏平盘状结构。
通过银河的形状我们可以推测出银河系盘状结构。但是我们在银河中是不可能看到它的正面结构的。这时候我们可以藉助于其它星系的形状来推测银河系的形状。宇宙中和银河系类似的星系有很多。我们不在它们其中，因此我们也就能够看到它们的全貌。例如距离地球254万光年的仙女星系，距离地球300万光年的三角座星系。通过对它们的观测，我们可以推断出银河系正面是呈漩涡状结构的。
银河是银河系的一部分
因此，这样我们就可以大体的知道银河系的形状了。
至于银河系和其它星系结构具体差别在哪里呢？这就像人类一样，我们都有人类的共同特点，但是每一个人都拥有自己的特点。银河系也是一样拥有自己与众不同之处。找出银河系的独特之处，这就要科学家们对银河系进行仔细的观察了。
仙女星系
科学家通过长期的观察，对银河系中的大量恒星进行了观测。通过观测科学家把这些银河系中的恒星的质量、亮度和位置等信息进行了记录。
2016年，欧洲航天局公布了借助盖亚空间探测器测绘完成的银河系三维地图。这其中包含了大约11.4亿颗恒星的位置和亮度。这是目前为止人类绘制的最精确的银河系三维地图。虽然这些恒星数量还不到科学家估计的银河系恒星数量的10%。但是它也让我们对银河系的形状有了进一步的了解。
银河系三维地图来自欧洲航天局
目前科学家对银河系的结构也有了一定的认识。银河系是由银盘、银心、银晕、悬臂组成。银盘是银河系的主要组成部分，它的直径接近16万光年，厚度大约有2000光年。银心位于银河系的中心。银心的直径大约两万光年，厚度有1万光年。银心的位置是银河系恒星密度最高的地方。这里每立方光年的空间中恒星多达29万颗。
此外，银河系的银盘还被一个直径可达30万光年的球形银晕包裹着。科学家通过长期的观测发现，银河有两条主旋臂和两条尚未成型的悬臂。它是一个棒旋星系而非漩涡星系。
科学家通过观测了解到了银河系中大量恒星的信息和银河系的基本结构。掌握了这些信息后，科学家通过计算器模拟出银河系的全貌图片就不是什么难事了。不过银河系实在是太大了，有些地方我们很是很难观测到的。目前科学家绘制的银河系全貌图和真实的银河系究竟差距有多大？我们也许永远也不知道。
银河系结构
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