银河系的形状

银河，古人有许多传说。中国人认为银河就是天上的一条大河，它阻隔了牛郎和织女的相会。在罗马神话中，银河是天神朱比特的老婆朱诺的奶水标示出来，洒了一路形成的。所以在英语里，银河是奶酪的意思。传说当然只是传说，他们是古人朴素的幻想产物。第一个看到银河真相的人是伽利略。当他用望远镜对准银河后，他发现银河那看上去像牛奶一样的白雾，实际上是由无数的极为暗弱的恒星构成的，多的简直是难以置信。后来，一代又一代的天文学家用望远镜仔细地观测银河，证实了银河确实是由难以计数的恒星组合在一起形成的。天文学家们敏锐地意识到，银河是探索恒星世界的一把关键钥匙。天文学家赫歇尔开始探索恒星世界的奥秘，他把北半球的天空分成了六百八十三个区域，然后就像扫地一样逐一观测，记录每个区域恒星的数量。他一共观测了一千零八十三次，详细记录了近十一点八万颗恒星的位置。他发现所有的恒星似乎都聚集在一个状如磨盘的系统里面，人们就把这个发现称之为圆盘理论。但是赫歇尔年龄大起来以后，竟然怀疑自己的这个圆盘理论是错的，他去世之前就嘱托他的儿子继续研究下去。老赫歇尔的儿子叫约翰赫歇尔，在当时也是出名的天文学家。约翰赫歇尔做了一件让所有人都。瞠目结舌的事情。他把老爸的那尊著名的大炮望远镜拆卸装船，不远万里运到了南非的好望角，在那里建了一个观测站。那为什么是南非呢？因为一来，南半球的星空被观测得很少，大多数天文台呢都建在北半球。二来，南非好望角的天空极为干净，也特别适合天文观测。小赫希尔按照他老爸传授给他的方法，把天空分成了更细小的三千个区域，用了三年的时间观测了六点九万颗恒星。他的统计结果证实了老赫歇尔的原盘理论是对的。在赫歇尔父子的卓越努力下，关于银河系的初步正确概念就建立起来了。

尽管在赫歇尔之前，也有一些人提出过。类似银河系结构的理论，例如英国的哲学家赖特和德国的哲学家康德，他们凭借着一颗哲学家的想象力、丰富的大脑，就用哲学思辨的方式，凭空创想了银河的结构和形状。尽管他们的不少设想与我们今天知道的银河有类似的地方，但在天文学界正式得到承认的是科西尔父子，而不是他们之前的赖特和康德。为什么呢？因为科学重视的不仅仅是结果，更重视方法和过程。哲学家最关心的是自己的理论是否能够自圆其说，但是往往会轻视观测验证。比如古希腊的阿利斯塔克，它被誉为古代哥白尼，因为他比哥白尼早了两千年，就提出过日心地动的猜想，但客观地说，他这种毫无成本的猜。想与哥白尼的思考方式不是一个级别的，他的天文知识和思维能力并不会比同时代的亚里士多德、柏拉图他们高明，只不过他的猜想恰好蒙对了答案而已，这不是真正的解题。再比如古希腊的德莫克利特早在两千多年前就提出了原子说，也是典型的蒙对答案而名垂青史的。事实上德莫克利特脑子中的原子和现代科学所说的原子完全不是同一种东西，可以说除了名字一样，没什么是一样的。再比如更近代一点的布鲁诺，它其实早就提出了太阳不是宇宙的中心，而是一颗普通的恒星，宇宙是无限大的。但布鲁诺也是猜想，他也是用哲学思辨的方式凭空想出来的，因而在科学界。不会把破除太阳中心思想的功劳归于布鲁诺。真正的科学工作者在创立一套理论、提出一个模型之前，必然要经过艰苦卓绝的观察和实验，用数学的方法对自己的理论不但要定性，还要定量，同时还要做出可以被检验的预言来。

老赫歇尔正是这样一位天文学家，这位乐师出身的非科班的业余天文学家，做出了举世公认的伟大成就。没有人会质疑他的专业性，因为他第一个用科学的方法初步建立起了银河系的正确模型。哈雷首次发现了恒星的自行现象，这个自行现象的真实原因到底是恒星在运动，还是太阳在运动呢？或者是两者皆在运动呢？这就好像日月星辰的东升西落，其实是地球自己在转而已。现象不一定直接反映了本质。老赫歇尔对这个问题的思考结论是都在动。那么该如何证实太阳在运动呢？赫歇尔要努力地思索这个问题，这就是他和布鲁诺的区别。布鲁诺不会去想如何证明，而赫歇尔则想出了一个绝妙的方案，这个方案在当时来说绝对是了不起的，他的方案是这样。如果太阳确实在带着地球一起朝某个方向运动的话，那么应该就能在地球上观测到路灯效应。赫歇尔是这么解释的，如果坐在马车上，在一条两边有路灯的路上行进，那么你朝前方看，你会看到前方的路灯似乎是从一个点向两边散开运动。如果你朝后方看，你看到的景象正好相反，所有的路灯都是从两边向一个中心点运动的。依照路灯效应的原理，如果太阳朝某个方向运动，那么在运动方向上的恒星是向四周散开，而另一个背向运动的方向上看起来，所有的恒星则是像某一点聚拢。当然，如果恒星本身也在运动的话，规律可能不是那么容易发现，但只要观测。恒星足够多，路灯效应还是一定可以被观测到的。赫歇尔按照这个思路开始了小心的求证，这就是我前面说的科学要提出预言，然后再检验。不过这事儿有那么容易呢，赫歇尔必须收集到足够多的恒星字形资料。我们现在不知道赫歇尔到底花了多长时间来观测和收集恒星的自行资料，但我想这个时间一定不会少，因为恒星的自行是非常非常难以察觉的。尽管赫歇尔拥有当时世界上最好的天文望远镜，可是它的观测精度与恒星的自行相比，那又是小的可怜了。因此仅仅靠他自己的天文观测是很难得到足够的资料，他必须得把过去一代又一代天文学家编制的新表拿出来仔细的分析逐一求证，恒星的自行运动。幸而随着赫歇尔的研究深入下去，他发现太空中的恒星确实存在着路灯效应，而且该效应的发射点越来越明确地指向了武仙座方向。到了一七八三年，赫歇尔正式向天文学界宣布，太阳正朝着武仙座方向运动。不过这个结论当时却遭到了比较大的质疑，因为限于当时的观测水平，赫歇尔的证据被认为还不够充分。一直要到半个世纪后，阿格朗德尔一下子拿出了三百九十颗恒星的自行数据，明白无疑的证实了赫歇尔的结论，太阳在运动。这也揭示出整个银河形如中间厚四周薄，并有几条旋臂不断旋转，太阳系在其偏边缘处。整个银河系又在向一个方向运动着的模型。