本篇文將帶領讀者深入了解銀河系的基本結構、運動機制、研究歷史及未來發展方向，進一步認識我們所處的宇宙環境。
銀河系為什麼叫銀河？
銀河系是我們所屬的星系，這個名詞在不同語言的天文學中都經常被提及，包含了太陽系以及數千億顆恆星（恒星）、行星（星球）、星團、星雲和大量的星際氣體與星際塵埃。從地球上觀察，銀河系呈現為橫跨夜空的銀白色光帶，俗稱「銀河」或「天河」，這個螺旋星系展現出其獨特而迷人的風貌。
銀河系大小、質量和直徑多少？
以下內容提供關於銀河系大小、質量和直徑的詳細資訊：
直徑與結構
銀河系的直徑約為100,000光年，平均厚度約為1,000光年。其結構包括中央凸起的核球，半徑約7,000光年，周圍是扁平、圓盤形的銀盤，盤面上分布著旋臂。
最新研究顯示，銀河系擁有四條明顯且對稱的旋臂，彼此間距約4,500光年（截至年2月數據），而其外圍則存在一個稱為銀暈的球狀區域，直徑約為70,000光年，彰顯出銀河系浩瀚的規模。
質量與組成
銀河系的質量估計在0.8至1.5兆（即8×10¹¹至1.5×10¹²）倍的太陽質量（這一數字主要由恆星、星際氣體、塵埃以及大量暗物質構成）。其中，暗物質佔據了銀河系總質量的絕大部分，對銀河系內天體的運動和結構穩定性具有決定性影響。
恆星與行星
在浩瀚的銀河 系中包含約1,000億至4,000億顆恆星，行星的數量至少與恆星數量相當。太陽系位於距離銀河中心約27,000光年的獵戶臂內側邊緣，這是銀河系的一條次要旋臂。
運動與動力學
在距離銀河中心約160,000光年的範圍內，銀河系的質量約為7×10¹¹倍的太陽質量。在這樣的距離上，銀河系的恆星和氣體以約每秒220公里的速度沿著穩定的軌道繞銀河中心運行。這種恆定的高速運動暗示著銀河系中存在大量不可見的質量，即暗物質，對銀河系的動力學和結構穩定性起著關鍵作用。
銀河系的形成與演化
目前關於銀河系的形成仍存有不同理論，其中較被廣泛接受的假說是銀河系主要由暗物質組成，而可見物質則僅佔一小部分。這種暗物質構成的球形分布對銀河系的旋轉模式產生了重要影響，使得外圍恆星的運動速度異常快速，進而促成銀河系的螺旋結構。
銀河系的演化經歷了數十億年的時間，在此過程中，來自星際氣體的吸積、恆星形成與爆炸，以及與其他星系的交互作用，塑造了其現今的結構。例如，仙女座星系與銀河系之間的引力作用可能導致兩者在未來數十億年內發生碰撞，進一步改變銀河系的結構。
銀河系的觀測與研究
人類對銀河系的認識歷經數百年的發展，從早期天文學家依靠肉眼觀測星空，到現代科學家利用光學望遠鏡、射電望遠鏡以及太空望遠鏡進行深入研究。
20世紀初，天文學家如威廉·赫歇爾、卡普坦、沙普利等人，分別利用恆星亮度與球狀星團的分布來測量銀河系的大小與結構。隨著造父變星週光關係的發現，科學家得以測量更遠距離的星體，進一步確定銀河系的規模。
近年來，多國科學家聯合開展“貝塞爾計劃”，利用三角視差法測量大質量恆星形成區的分布，並結合光學與射電觀測技術，繪製了現代銀河系的結構圖。研究顯示，銀河系確實擁有四條主要螺旋臂，並確認了太陽系的位置及其繞銀河系中心的運動速度。
銀河系的主要結構
銀核（Galactic Bulge）
銀河 系中心區域是一個高密度的恆星群聚，1秒差距內約有1000萬顆恆星，主要由年老的紅巨星構成。此區域內的恆星運動較為混亂，與銀盤的旋轉模式有所不同。銀核內存在著大量恆星形成的遺跡，以及超大質量黑洞—人馬座A*，其質量約為太陽的400萬倍。
銀盤（Galactic Disk）
銀盤是銀河系最主要的組成部分，包含年輕的恆星、星際氣體和塵埃。銀盤的直徑約為10萬至18萬光年，厚度約為1000光年。它是銀河系內恆星誕生的主要場所，並擁有螺旋臂結構。
螺旋臂（Spiral Arms）
銀河系擁有四條主要的螺旋臂，這些螺旋臂是由高密度的星際氣體和年輕恆星組成的星系盤內結構。四條主要螺旋臂分別為：
- 盾牌—半人馬座臂（Scutum-Centaurus Arm）
- 英仙座臂（Perseus Arm）
- 人馬—船底座臂（Sagittarius-Carina Arm）
- 矩尺座臂（Norma Arm）
銀河系的結構包含四條已知的旋臂，其中兩條是與中央棒狀結構相連的主旋臂——盾牌-半人馬座旋臂與英仙臂，而另外兩條則是位於它們之間的小旋臂——矩尺座旋臂與人馬座旋臂。過去，科學家普遍認為這四條旋臂都是主要旋臂，但透過美國國家航空暨太空總署（NASA）斯皮策太空望遠鏡的紅外觀測數據，研究人員發現這種認知並不完全正確，銀河系的結構比先前假設的更加複雜。
太陽系位於獵戶臂（Orion Spur）內側，這是一條次要的螺旋臂，介於人馬—船底座臂與英仙座臂之間。
銀暈（Galactic Halo）
銀暈是一個環繞銀盤的球狀區域，主要包含年老的恆星與球狀星團。銀暈內的恆星分布較為分散，其運動方向較為隨機，與銀盤內的旋轉模式不同。此外，銀暈內還充滿著暗物質，其質量遠大於銀盤內的可見物質，對銀河系的引力場有著重要影響。
銀冕（Galactic Corona）
銀冕位於銀暈之外，是一個由高溫、低密度氣體組成的廣闊區域，範圍比銀暈更為擴展。這一區域可能與暗物質的分布密切相關，對銀河系的動力學特徵影響深遠。
關於銀河系的常見問題
1. 宇宙和銀河系哪個大？
宇宙的尺度遠大於銀河系。銀河系的直徑約為10萬光年，而可觀測宇宙的直徑超過920億光年。因此，宇宙包含了無數個類似銀河系的星系，銀河系只占一個宇宙中的位置。
2. 宇宙中有多少個銀河系？
科學家估計，宇宙中存在數以百億計的星系。這些估計主要基於對可觀測宇宙的觀測和宇宙學模型的推算。
3. 宇宙有邊界嗎？宇宙是永恆的嗎？
目前，科學界對於宇宙是否有邊界尚無定論。根據大爆炸理論，宇宙在約137億年前從一個奇點開始膨脹。關於宇宙是否永恆，這涉及宇宙的最終命運，目前仍在研究中。
4. 宇宙的中心是什麼？
宇宙沒有明確的中心。大爆炸並非在某個空間中的特定點發生，而是所有空間同時從奇點開始膨脹，因此每個點都可以被視為中心。
5. 地球在哪個銀河系？我們在哪一個星系？
地球位於銀河系，這是一個包含數千億顆恆星的棒旋星系。太陽系位於銀河系中的位置，在獵戶臂中距離銀河系中心約27,000光年。
6. 銀河為什麼叫 Milky Way？
“Milky Way”這個名稱源自古希臘和羅馬神話，他們將夜空中橫跨的銀白色光帶視為女神灑出的乳汁，因而得名。
7. 銀河系的中間是什麼？
銀河系的中心稱為銀河中心，位於人馬座方向。在這裡，有一個名為人馬座A*的超大質量黑洞，其質量約為太陽的400萬倍。
8. 銀河系有黑洞嗎？
是的，銀河系的中心存在一個超大質量黑洞，稱為人馬座A*。此外，銀河系中還存在許多質量較小的恆星級黑洞。
9. 地球是宇宙的中心嗎？
地球並非宇宙的中心。
10. 銀河看得到嗎？為什麼肉眼看不到銀河？
在光害較少且天氣晴朗的夜晚，肉眼可以看到銀河，呈現為橫跨夜空的銀白色光帶。然而，在城市等光害嚴重的地區，銀河的光芒可能被遮蔽，難以觀察到，或者你也可以去天文台看。
11. 台灣哪裡可以拍銀河？
在台灣，遠離城市光害的地區是拍攝銀河的理想場所。如合歡山、阿里山、墾丁等地，因為光污染較少，適合觀測和拍攝銀河。
12. 星系和星團誰比較大？
星系的尺度遠大於星團。星系是由數十億到數千億顆恆星組成的巨大系統，而星團則是由數百到數十萬顆恆星組成的較小集合體。
13. 銀河會移動嗎？
是的，銀河系在宇宙空間中不斷移動，與本星系群內的其他星系相互作用，共同朝著某個方向運動。
14. 昴宿星團屬於銀河系嗎？
是的，昴宿星團（也稱為七姊妹星團）位於金牛座，屬於銀河系中的一個年輕的疏散星團，距離地球約440光年。
總結
銀河系作為一個龐大的棒旋星系，擁有複雜的結構與動力學特徵。其直徑約10萬光年，擁有四條主要旋臂，並受到暗物質的影響，使得外圍恆星仍能維持高速運動。銀河系的形成與演化涉及數十億年的天文過程，並與其他星系，如仙女座星系，存在相互作用。在天文學家的持續研究下，人類對銀河系的認識不斷深化，未來將透過更精密的觀測技術，揭開更多未知的奧秘，進一步了解宇宙的運行法則與我們在其中的角色。
資料來源
- 我們在銀河系中的什麼位置 | 銀河系的大小、事實 | Star Walk
- 銀河系究竟有多大？宇宙尺度大辯論｜方格子 vocus
- Trimble, V., The 1920 Shapley-Curtis Discussion: Background, Issues, and Aftermath. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, v.107, p.1133.