夜晚的天空中都有啥？星星和月亮，那么除了這兩個呢？人們還在天空中發(fā)現(xiàn)了一個巨型結(jié)構(gòu)，橫跨蒼穹的銀白色暗帶。

這是啥？我們的銀河系！但是古人哪里知道還有銀河系這樣的結(jié)構(gòu)啊，所以他們就說這是一條河流，稱為天河。是天帝不想讓自己的女兒和牛郎相會，所以就在她倆中間弄了一條河。

古希臘人就認為這是宙斯的私生子，把他正妻的乳房給抓破了，所以她的乳汁就飆灑了一路，形成了一個“奶路”。

這種神話傳說一般只能滿足我們普通人的幻想，但哲學(xué)家并不吃這一套，其實從古希臘時期開始，人們在認識自然的過程中就已經(jīng)在擺脫神的參與。

你看，亞里士多德就說銀河系暗帶是地球的大氣現(xiàn)象，雖然是錯的，但里面已經(jīng)沒有神了。德謨克里特就說，這是由無數(shù)的恒星構(gòu)成的，這些恒星非常密集，所以看起來就是一條銀白色的暗帶。

很明顯，他猜對了！1609年，伽利略才用望遠鏡證實了德謨克里特的想法。知道了這就是一個恒星密集區(qū)域。

但在這之后很長的一段時間內(nèi)，我們對銀河系的認識并沒有多大的進展，直到18世紀英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾才第一次對銀河系做了系統(tǒng)性的觀察，并且提出了一個銀河系模型。

威廉·赫歇爾1738年出生在英國的漢諾威，他原本是一個音樂家，處在上流社會，有錢，有時間，所以跟當時的大多數(shù)有錢人一樣，天文學(xué)是他的業(yè)余愛好。

閑下來就用望遠鏡看看天空，但威廉赫歇爾覺得買來的望遠鏡都不好，滿足不了自己的要求，所以他想自己動手做一個更好的望遠鏡，就找來了妹妹卡羅琳幫忙，正是這件事讓威廉·赫歇爾徹底的愛上了天文學(xué)。

到了1774年，他的望遠鏡終于是造好了，鏡筒長1.5米，鏡面寬20厘米，正是這架望遠鏡改變了他的后半生。

1781年3月31號的晚上，威廉赫歇爾像以往一樣掃視著天空，他在雙子座方向看到了一顆模糊的光斑，經(jīng)過幾個晚上的持續(xù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)這個東西在移動，威廉赫歇爾就認為這是一顆彗星，并把它匯報給了天文學(xué)會。

很快人們就根據(jù)它的軌道，判斷出這不是啥彗星，而是一顆行星:天王星。并且算出了它的距離為19.2AU，太陽系的范圍一下翻了一倍。

威廉赫歇爾也因為這個發(fā)現(xiàn)名聲大噪，并且獲得了一個職位：皇家天文官，從此以后他再也不玩音樂了，跨行成為了一名職業(yè)天文學(xué)家。

大獲成功的威廉·赫歇就開始拉投資，在他的居住地史老建造了一個當時世界上最大的望遠鏡，鏡筒長12米，鏡面寬度1.2米，整個望遠鏡架設(shè)在一座由木桿和木梯搭成的巨大木制結(jié)構(gòu)上。

如此龐大的望遠鏡肯定會帶來非凡的發(fā)現(xiàn)，赫歇爾利用這顆望遠鏡記錄了數(shù)十萬顆恒星的位置，發(fā)現(xiàn)他們好像都聚集在一個猶如磨盤的系統(tǒng)里，所以他猜測我們處在一個盤子當中，這個盤子就是宇宙。

不僅如此，赫歇爾還計算了這個盤子有多大，他當時的計算方法是這樣的。他首先假設(shè)宇宙中所有星星的亮度都是一樣的，我們之所以看到有些星星暗，完全是因為它離我們遠造成的，這個假設(shè)很明顯是錯誤的，不過當時的知識儲備就這樣了。

然后他以天狼星的亮度和距離為標準，利用光強和距離成反比這一關(guān)系，這里我解釋一下，假如兩顆星星的亮度是一樣的，如果一顆星星和我們的距離是另外一顆的兩倍，那么他看起來的亮度就是另外一顆星星亮度的1/4。

那么以天狼星的亮度為標準，我們在宇宙中找那個看起來最暗的恒星，看它的亮度是天狼星亮度的多少分之一，我們就能知道它和我們的距離是天狼星的多少倍。

關(guān)鍵的問題是，我們并不知道天狼星和我們的距離，所以赫歇爾又假設(shè)出來一個基本單位：天狼星米，所以根據(jù)它的測量，這個盤子的大小為1000個天狼星米，厚度為100個天狼星米?，F(xiàn)在我們知道天狼星的距離為8光年，那么赫歇爾當時測出來的銀河系直徑為8000光年。很明顯錯的離譜，但是這一數(shù)字在當時可算是震驚四座，讓我們首次對宇宙的大小有了一個直觀的感受。

除此之外，赫歇爾還利用這個龐然大物在天空中發(fā)現(xiàn)了大量的星云，短短2年的時間就將梅西耶星表中的對象擴充到了2500多個。這只能說明望遠鏡的口徑大了真的是好，當年梅西耶發(fā)現(xiàn)103個深空天體用了幾十年的功夫。這就是差距。

現(xiàn)在我們常看到的深空天體的編號除了有M開頭的，還有NGC開頭的，這是深空天體的新星總表，里面包含了7000多個星團、星系和星云，是1880年代人們在赫歇爾觀測的基礎(chǔ)上匯總的新星表。

在最初天文學(xué)的發(fā)展中，你會發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，只要望遠鏡的口徑不斷地變大，就會有更多的發(fā)現(xiàn)，當然也就推動了天文學(xué)的發(fā)展，所以到了1845年，在愛爾蘭有一戶財主，他是第三任羅斯勛爵，名叫帕森斯，就斥巨資建造了維多利亞時代最牛得望遠鏡。

口徑達到了1.8米，整個建筑看起來像一門超級大炮一樣，這個記錄一直保持到了1917年，才被威爾遜山上2.5米口徑的胡克望遠鏡超越。

帕森斯通過自己的望遠鏡這時才分辨出星云的不同細節(jié)，他就看到了有些模糊的星云其實就是星團，有些星團密度小，有些星團密度大，現(xiàn)在我們知道他們是疏散星團和球狀星團。

當然他也看到了行星狀星云和超新星遺跡，也看到了恒星形成區(qū)域顯示出來的色彩。當然他也看到了一些星云是橢圓形的怪物，無法分辨出其中的結(jié)構(gòu)和單顆恒星，現(xiàn)在我們知道這是橢圓星系。

還有一類星云，能夠分辨出它具有螺旋狀的結(jié)構(gòu)，當時帕森斯就手繪了一幅圖，這是M51星系，這是人類第一次看到星系的螺旋結(jié)構(gòu)。

你可能會想為什么最先看到的是M51，而不是離我們最近的仙女座星系，因為M51的盤面正好正對我們，所以很容易能看到他的螺旋結(jié)構(gòu)，而M31在我們視線方向有點側(cè)對著我們，不容易看到。

在19世紀末期，天文學(xué)還有一個不得不說的巨大成就，業(yè)余天文學(xué)家羅伯茨將照相技術(shù)和天文望遠鏡結(jié)合在了一起，從此人類進入了天文攝影時代。這是一個巨大的進步，以前的天文學(xué)家必須守在望遠鏡跟前靠肉眼觀測，然后手繪看到的景象。有了照相技術(shù)，不僅能夠長時間曝光捕捉更多的光子，看到更微弱的天體，而且獲得的景象更加的真實，當然也讓天文觀測變得輕松了許多。

現(xiàn)在看到的這張照片就是1888年，羅伯茨拍攝的M31星系，這是人類拍攝到的第一張星系照片。

可當時人們并不知道這就是星系，只看到了它有螺旋結(jié)構(gòu)，以為他是“原恒星”，也就是恒星形成的早期階段。所以關(guān)于它到底是啥，在20世紀20年代人們還進行了一場大辯論。這是我們下一節(jié)課的內(nèi)容。

好，下面我們繼續(xù)說人們對銀河系的了解。1917年在卡內(nèi)基基因會的支持下，美國加州理工大學(xué)在威爾遜山上建造了一臺口徑為2.5米超級望遠鏡，并且在這之后的30年間，一直保持著最大望遠鏡的紀錄。

它相對于帕森斯的望遠鏡來說，不僅口徑大，而且鏡面要好得多，它用的是鍍銀玻璃，而不是以前的銅錫合金打磨出來的鏡面，而且胡克望遠鏡建山上，大氣的擾動很小，在加上美國的天氣要比英國的好得多，所以胡克望遠鏡真正是打開了人們的視野。

在第一批使用胡克望遠鏡的天文學(xué)家中有一個人叫沙普利，他通過研究球狀星團就發(fā)現(xiàn)，球狀星團的分布不均勻，大部分聚集在人馬座方向，前面我們說了，赫歇爾認為我們處在一個盤子中，但沒有說我們具體處在盤子的哪個位置。

那么沙普利的發(fā)現(xiàn)就說明我們沒有處在盤子的中心，因為如果我們處在中心的話，我們會看到在各個方向球狀星團的分布應(yīng)該是均勻的。但事實上，球狀星團在一個方向比較密集。所以我們處在這個盤子的邊緣。

隨后沙普利通過測量球狀星團的距離，再次刷新了我們對宇宙大小的認識，當時他測出來的距離是這樣的。銀河系直徑20光年，厚度為3萬光年，我們距離銀河系中心為5萬光年。

我知道，你馬上會問，他是如何測量距離的？這就要說到人類認識宇宙最重要的工具了量天尺，以前我們介紹過視差法，但他不適合遠距離的天體，因為越遠視差越小。

但是到了20世紀初人們又發(fā)現(xiàn)了一種可以測量恒星距離的辦法，造父變星。這是一種亮度隨著時間周期性變化的恒星。

最早發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象的人是1784年荷蘭的一位業(yè)余天文學(xué)家古德利克，他發(fā)現(xiàn)的第一顆亮度周期性變化的恒星是仙王座δ星，中文叫造父一，所以我們將這種變星統(tǒng)稱為造父變星。

一直以來我們認為這種亮度變化的恒星很少，因為幾百年間我們就發(fā)現(xiàn)了那么十幾顆恒星的亮度會周期性的變化，也就是變光周期，說的是，一顆恒星亮度從最高，到最暗，再回到最高所需要的時間，這個周期最短幾個小時，最長需要幾年的時間。

但隨著天文照相技術(shù)的發(fā)展，我們就可以比對一顆恒星在幾天、幾周、甚至幾個月、幾年亮度的變化，所以我們這才認識到變星其實非常的普遍。

那么真正把變星當作標準燭光使用的想法，來自于19世紀的一位年輕的女性，他是天文學(xué)界最偉大一批女天文學(xué)家，她叫勒維特，1868年出生在美國。1893年進入了哈弗天文臺，在往后的20年間，他統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)了將近1000多顆變星。

并且發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律，恒星的變光周期越長，其平均亮度越大，這里的亮度說的都是視亮度，也就是看起來有多亮，如果我們利用視差法測量出這些變星和我們的距離，我們就能夠知道這些變星的本征亮度，也就是實際上它有多亮。

通過大量的總結(jié)，歸納，我們就能夠掌握這樣一個重要的信息。只要我們測量一顆變星的變光周期，我們就能知道它的平均本征亮度。

在通過測量它的視亮度，根據(jù)亮度會隨著距離的平方發(fā)生衰減這個關(guān)系，就能算出這顆變星和我們的距離了。

這就是天文學(xué)中使用比較廣泛的造父變星測距法。沙普利正是通過造父變星測量了星團和我們的距離，得出銀河系的直徑。

那為啥他測量的值和今天的10萬光年差了那么多呢？因為他當時沒有考慮彌散在銀河系內(nèi)的塵埃、或者氣體等等這些消光物質(zhì)，導(dǎo)致了他看到的視亮度低了很多，所以他算出來的距離就遠了很多。

但不管怎么說，沙普利的測量早一次刷新了我們對宇宙大小的認識。好了今天的內(nèi)容就到這里，下節(jié)課我們說天文學(xué)最重要的一次辯論。