臺北市立天文科學教育館

我們身在其中所看到的螺旋星系樣貌

前一篇〈我們在銀河中的位置〉，我們確認太陽並不位於銀河的中心，而只是銀河中眾多恆星之一。當我們不再把自己放在核心位置，接下來就要思考：我們身處其中的銀河，整體而言究竟是一個什麼樣的天體結構？

自 18 世紀以來，隨著望遠鏡觀測的引入，以及對恆星分布與距離的研究逐步展開，人類逐漸確認，太陽並不位於銀河的中心，而只是銀河中眾多恆星之一。當太陽不再被視為這個結構的核心之後，觀測的重點也隨之轉移，人們開始嘗試從整體角度理解這條橫跨夜空的光帶本身，思考它的結構形態、空間尺度，以及夜空中所見的銀河究竟只是整體的一部分，還是代表了全部。經過 19 世紀以來一連串觀測結果的累積、修正，以及對銀河整體結構模型的反覆建構，天文學家逐步形成今日的理解：這條夜空中的銀河，實際上是一個由恆星、星際氣體與塵埃共同組成的巨大天體系統，在現代天文學中被稱為「銀河系」。銀河系是一個螺旋星系，其直徑約為 10 萬光年，包含約 4000 億顆恆星；太陽只是其中一顆中等質量的恆星，位於距離銀河中心約 2.6 萬光年的位置，而我們在夜空中所看到的「銀河」，正是這個結構從內部被觀測時所呈現出的視覺投影。

若能從銀河系的上方俯視，銀河系外觀呈現為典型的螺旋星系，恆星與星際氣體與塵埃並非隨機分布，而是沿著彎曲的螺旋形態向外延伸，形成多條螺旋臂。這些區域富含氣體與塵埃，是新恆星誕生的主要場所。然而，若改從側面觀察，銀河所呈現出的立體結構則截然不同，其主體是一個極度扁平的盤狀結構，大多數恆星與星際物質集中於此，盤面的直徑遠大於厚度，比例差異極為顯著。若以日常尺度來想像，將整個銀河系縮小放置於一張大書桌上，其盤面直徑可接近一公尺（對應於約 10 萬光年的實際尺度），而厚度僅有數毫米（在實際尺度上約對應於數百到上千光年的厚度），呈現出極端扁平形態；在盤面中央，則存在一個相對較小但明顯隆起的核心區域，在相同縮小尺度下約相當於手掌大小，恆星密度顯著提高。整體再向外延伸，銀河系並未就此結束，包覆在盤面與核心之外的銀暈，其尺度將遠遠超出桌面的範圍，可擴展到整個房間甚至更大的空間之中，其中恆星分布極為稀疏，卻在立體上包圍了整個銀河。在這樣的縮尺模型中，太陽的位置則位於書桌上距離中央核心約四分之一半徑處，並不靠近中心。

理解了這樣的立體結構之後，也就能回頭理解夜空中所見的銀河本身。所謂的「銀河」，並不是一個位於遙遠太空、可供我們從外部觀看的天體，而是人類身處銀河系內部，沿著盤面方向觀測自身所看到的景象。當我們從地球仰望夜空時，所見的那條淡白色帶狀結構，正是盤面中大量恆星在特定方向上高度集中後的視覺投影；在這些方向上，恆星數量極多，星光在視覺上層層疊加，形成連續分布的亮帶。另一方面，盤面中的星際塵埃會吸收或散射部分背景星光，造成肉眼可見的暗帶，使銀河呈現出明暗交錯的樣貌。這些暗區並非銀河結構的中斷，而是我們身在其中、受限於觀測視角所產生的結果。

圖說：不同視角下的銀河系示意圖。左圖為由正上方俯視銀河系的樣貌，顯示其整體為一個直徑約 10 萬光年的螺旋星系，太陽位於盤面中距離中心約四分之一半徑的位置；中圖為側面觀察銀河系，可見其主體為極度扁平的盤狀結構；右圖則示意人類從銀河系內部、沿著盤面方向觀測時，盤面中大量恆星在天空中所呈現的帶狀分布，也就是夜空中所見的「銀河」。（圖中銀河系結構、盤面的厚度與立體比例，皆為示意繪製，未按實際比例呈現。）

夜空中的銀河，其實只是整個銀河系從內部所看到的結果。下一篇〈銀河系的結構與組成〉，將進一步釐清銀河系本身的結構與組成。

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銀河系的銀暈竟然不是球對稱