太阳系银河系都是扁平的,地球两端的南北极夜空还能看到星星吗?

太阳系和银河系是确实是扁平的,至少从视觉上来看是这样,不过认识太阳系和银河系却耗费了不少时间,现在从小学的科学教科书中,太阳系行星环绕,银河系棒旋星系,但这却是建立在无数天文学家的努力之上。

认识太阳系

曾经以为地球是宇宙的中心,托勒密地心说有这相当严格的逻辑来解释地心说中碰到难以想象的问题,比如行星逆行就是一个最明显的BUG,而数千年中尽管有人怀疑这个说法,但只有到了哥白尼时代才真正提出了太阳才是宇宙的中心,当然那时的认识还是比较初步,比如哥白尼以及伽利略和第谷还是认为行星是正圆形轨道,但第谷是一个无比忠实的记录者,留下了海量的观测资料。

第谷去世后,他的学生开普勒从火星轨道突破,发现了行星三大定律,认识到了行星的运转轨道是椭圆形!

牛顿在伽利略和开普勒的基础上发现了万有引力定律,这在指导天体运行以及发现新的行星上有着相当的意义

赫歇尔在1781年发现了天王星,之后天文学家发现根据经典力学计算出来的轨道总是和观测不一致,法国天文学家勒维耶计算出了这颗干扰天王星的运行的行星位置,一年之后海王星被搜索到,与勒维耶计算只差1°。

类似的套路,天文学家发现海王星轨道也是受到摄动,继而开启了外行星搜索计划,Planet X计划就是怎么来的,但几个天文台都失之交臂,最终被来自美国新墨西哥州的穷小子汤博摘得桂冠。

当然现代天文仍然沿用这个套路,继续在柯伊伯带发现各种矮行星天体,也在不断寻找那个不知是否存在的第九大行星。但至此,我们已经大致认识了太阳系,出了冥王星和其他黄道面离散天体除外,其他大都基本在一个平面上运行。

认识银河系

中文称为银河,英文则是Milk way,意思就是牛奶路,两者都一个意思,就是一条亮色的带子,这表示我们在地球上只能看到这幅德行了,要知道银河系的真正形状,要么去外部视角看一看,要么测量出所有星星的位置,然后建立模型。

赫歇尔就是这么干的,就是发现了天王星的那位,他测量了天空中大约117600颗恒星的位置,建立赫歇尔的银河系,赫歇尔认为太阳系在银河系的中心。

各位不要笑话,这可是赫歇尔克服难以想象困难后绘制的银河系模型,此后100年再无人比赫歇尔更了解银河系。

当然随着望远镜技术的提升,对河外星系的认识,有部分天文学家就认为银河系可能和我们临近的仙女星系一样(仙女座方向,肉眼可见),是一个漩涡星系,中心有一个核球,参考仙女星系,我们发现了银河系的核球。

1918年美国天文学家沙普利发现太阳系在银河系边缘;

1926年瑞典天文学家贝蒂尔·林德布拉德分析出银河系也在自转;

当然真正的银河系详细结构还要等到很久以后的伊巴谷以及盖亚卫星的银河系恒星普查,但从基本外观上认识银河系已经足够了,我们现在知道银河系是Sb型的棒旋星系,太阳系位于距离银心约2.6万光年的猎户座悬臂边缘。

太阳系和银河系的相对位置

人类很久以前就知道了太阳系和银河系之间的相对位置,而这就隐藏在常见的黄道光之中,只不过那会我们还不知道太阳系和银河系的形状,因此无法想象出两者的相对关系。

黄道光和银河,左侧就是银盘面的角度,因为我们在银盘上,所以看到的就是银河系扁平投影角度,右侧是太阳系的黄道面尘埃带反射光,也就是太阳系行星公转平面轨道,是不是非常直观的就可以看到两者的角度?

接下来我们只要测量出地球自转轴和黄道面的角度,即可计算出地球的自转轴和银河系银道面的夹角,我们也就知道了,我们晚上能看到什么天体了!

当然天文学家早就帮我们测量好了,上图就是太阳系围绕银河系公转时的POSE,黄道面北天极指向是远离银心的,地球自转轴跟黄道面有一个23.5度的夹角,北极也是指向远离银心方向。正是因为有这个夹角,而且在地球在环绕太阳公转面上的不同位置,使得地球上的夜晚看到了不同的夜空。

请注意红圈的位置,春夏和秋冬看到的星空是互为白天黑夜的,比如秋季星空会在春季白天看到(但白天太阳太亮)!

所以有个问题我们必须要了解,夏季时,尽管地球的北极远离银心方向,因此北半球仍然能看到银心(低纬度),而冬季时夜晚朝向银河系外侧,只能看到一点点银道面,所以冬季银河非常暗淡!

北半球的银河,明亮处为银心方向

高纬度就只能呵呵了,大家都知道越是远离银心,恒星密度就越低,即使是夏季的北极,看到的银河系也很暗淡,而冬季时北极条件就很差了,稀稀拉拉的恒星,但各位不要忘记了,我们所能见到的著名星座,比如北斗七星以及小北斗七星,将会成为北极头顶的星座,因此北极的冬季依然可以看到很多星星的,只是银河不见了!

智利帕瑞纳天文台的银河

南极的条件与北极刚好相反,因为南极的夏天夜晚将远离银心一侧,但因为南极方向朝着银心,因此即使在夏季南极也能看到部分银心,而冬季的条件就更好了,直接能看到几乎大半条银河,所以各位要看银河,必须去南半球。还能见到北半球见不到的大小麦哲伦星系,上图中左侧暗淡的两个星系就是大小麦哲伦。

上图就是地球北半球各个季节看到的银河方向示意图,眼尖的朋友肯定发现了这是仙女星系作为了示意图哈,但对了解原理并没有多少关系。

这个银河系动图能看出厚度是什么概念

最后要跟各位说明下,银河系虽然是圆盘形,但这个圆盘厚度中心高达1.2万光年,即使在太阳系附近也高达2000光年,因此并不是说上下就没有恒星了,而是数量仍然超出各位的想象。