https://www.youtube.com/watch?v=cyvZJ82eTCY

在宇宙中最大的星系面前，銀河系像是一隻螞蟻！ 

銀河系導讀(一) 

銀河系

劍橋大學天文學家邁克歐文與其團隊，從1987年起，發現宇宙最遙遠的天體-類星體後持續搜尋。1990年2月8日，從拍攝銀河系每張25萬顆恆星的照片中發現，銀河系大門口附近，六分儀星座（獅子座南邊）方向有一暗星系－矮星系。

矮星系的特徵：
（1）星系大-幾百萬顆恆星
（2）恆星數量分散
（3）繞銀河運行為其伴星系
　　（第十個，兩個大的是大小麥哲輪星系，第九個是在1977年發現）
（4）距離地球29.5萬光年
（5）總亮度不及銀河系單一最亮恆星
所以此種星系若無電腦掃瞄，很難用眼睛察覺。

銀河輪廓概述—銀河神話故事—星系實驗室（觀測銀河系中的天體現象，難度高，因在其中看外貌演化）－宇宙形成—銀河系中尚有智慧生命存在可能20世紀銀河系觀測進展
第一個20年－銀河大小及我們在銀河中的位置
 40年~60年 －地球元素來自銀河系恆星銀河系起源與演化模式
 80年~90年 －銀河系演化對結構的影響紅外線與無線電波的發展發現銀河中心可能是一個黑洞

※ 困惑－星系中的恆星年齡比宇宙大

第一章　走馬觀花看銀河

銀河之最
最亮恆星－一天發出的光比太陽今後2000年發出的光多
最暗恆星－正午的天空比月夜還暗
最熱恆星－藍星
最冷恆星－紅星
最大恆星－在太陽位置涵蓋到土星
最小恆星－比夏威夷大島小
最老恆星－100~150億年
最年輕恆星－比妳我都小

銀河系運轉模式－順時 太陽2.3億年/周

銀河系模樣－似風車

銀河系大小－百萬光年 10個伴星系 最遠89萬光年

銀河系內的恆星運動
黃色大角星4.8公里/秒靠近太陽
北落師門6.4公里/秒遠離太陽
太陽公轉速度200公里/秒   半人馬星座毗鄰星百萬年後與太陽相距100光年

銀河系的恆星生死
生－旋臂中的星雲，例如獵戶座星雲
死－每100年有一顆恆星消失
方式（1）誕生質量超過8個太陽質量者會以超新星爆炸
　　（2）小於8個太陽質量者最後以拋設外層大氣形成圍繞星體的膨脹氣體包－行星狀星雲例如天琴座星雲  太陽以後也是地球的元素來源
氧－大質量恆星爆炸 參宿七距離地球900光年
氮碳－成行星狀星雲之恆星
鐵－（1）大直亮恆星爆炸
　　（2）白矮星佔10最近一顆者是天狼星伴星距地8.6光年會吸收另一顆恆星質量變大後爆炸釋出

銀河的四季風貌
冬季－背向銀心 面向旋臂可看到其中亮星天空亮
春季－朝上看銀暈的古老恆星，暗暈範圍大，銀河質量集中在此內
夏季－面向銀心亮星少天空暗
秋季－面向銀盤下方  天空暗  可看到北落師門---行星狀星雲銀河系之外
（1）本星系群—銀河系 仙女座星系及其辦星系等30個星系
（2）銀河系與仙女座星系，因兩巨型質量大的星系，其萬有引力大過宇宙膨脹，仙女座以每天1000萬公里速度靠近銀河系，最後成為更大星系。
（3）玉夫座星系群 400~1000萬光年  代表NGC253
（4）M81星系群距離1100萬光年
（5）本超星系團－雪茄型數千個星系包括本星系群玉夫 M８１
（6）70﹪紅矮星 15﹪橙矮星 10﹪白矮星 暗所以只能先以銀河系的為研究對像
（7）星系形成－宇宙大爆炸後物質平靜往各方向擴散 但今日不均勻成塊狀分佈
（8）銀河系為研究星系形成的實驗室
（9）宇宙年齡推算－最老的恆星及宇宙膨脹速率 但後者數字遠不及前者
（10）宇宙未來－宇宙總質量決定
　　　若只有看見者質量小宇宙繼續膨脹
　　　若有暗物質者質量大宇宙會收縮

第二章 星星之河

1. 銀河的傳說：

a.希臘神話：牛奶路─希拉的乳汁

b.澳大利亞土人：創物主點燃營火的煙

c.印地安人：戰士死後進入天堂之路。其中明亮的星是中途休息站之營火

d.中國：河

e.亞里斯多德：地球發出的水蒸氣(非天之物，因天上之物都是完美的)

f.德謨克裡斯(西元前五世紀)：由無數恆星構成的

2. 銀河的早期研究：

a.1609年伽利略用望遠鏡看到銀河內有無數的恆星

b.康德(1755年)：銀河是由恆星組成的盤狀物，銀河中的恆星繞某個中心公轉，很多星雲是銀河外類似銀河的天體

c.威廉．赫歇爾(1785年)用恆星計數發表第一幅銀河結構圖。太陽在盤中心，盤面大小為厚度的四倍。
(1) 錯誤的假設1：所有的恆星期絕對星等是相同的，用星等來估量距離
　　(大部分的恆星是太陽亮度10～150倍，所以錯誤的假設得到不太嚴重的錯誤結果)
(2) 錯誤的假設2：空間中不存在星際物質。
　　(所以主要看到我們附近的天體，錯誤的把太陽放在銀河系的中心附近)
(3) 無法找出視差，而實際的定出距離。

d.Giuseppe Piazzi(1804)編撰星表，發現天鵝座61的自行極大，每年5.2角秒，大的自行表示可能是近鄰，提出是測量視差的好靶子。

e.普魯士之Friedrich Wilhelm Bessel公佈天鵝座61(11.4光年)的視差(1838)，使銀河深度成為可測的。

f.19世紀只有十幾顆恆星的視差。

g.威廉．赫歇爾(1828&1830)從M51推斷本銀河系的形狀

h.英威爾斯Issac Roberts(1887)用照相機底片拍下仙女座星系的漩渦狀，結果天文學家認為這是銀河內的天體，是新生的太陽系，明亮的中心是新生的年輕恆星

i.雅各布．卡普坦花了四十年的時間進行照相計數，以研究銀河的形狀，但仍認為太陽是小恆星盤的中心附近。(卡普坦宇宙)1885年開始10年多，定出位置和亮度，出版好望角照相巡天星表。
‧錯誤的假設：用自行量來估算距離─從已知近鄰恆星找出恆星平均視差、自行j.和視亮度之間的關係，再用自行及亮度外差求距離，再用亮度外差距離。

1906年，卡普坦畫出全天206個小區域以獲得更多的資料，利用視差和自行估計銀河大小為厚度的5.1倍。1922年提出銀河直徑5.5萬光年，厚度1.1萬光年，恆星474億顆。
‧錯誤的假設：恆星與恆星間不存在吸光物質。

第三章 大銀河，大宇宙

一、新理論的提出：

1.1922雅各布.卡普坦（Jacobus Kapteyn）的宇宙：太陽位在銀河系中心，所有恆星繞太陽運轉，20km/s，比地球繞太陽速度更慢。

2.哈羅.沙普利（Harlow Shapley）的宇宙：太陽在銀河系郊區，運用1908年在威爾遜山建造的1.5公尺望遠鏡觀察造父變星而得。

二、造父變星：

1.造父變星是黃色超巨星，大多數以1~50天的週期脈動。第一顆造父變星—天鷹座h週期7.176779天。

2.造父變星的週光關係：週期越長，本身光度越大。

3.1784年首先發現兩顆造父變星，但是當時被視為不幸的詛咒，例如英仙座的大陵五。

4.愛德華.皮戈特（Edward Pigott）在1780年代開始觀察變星，並首先對大陵五的光變提出解釋，他指導的聾啞人約翰.古得利克（John Goodricke）在1784.9.10發現天鷹座h的光變，同年10.20發現仙王座造父一的變光，在1875年並定出造父一的變光週期，和現今的5.3663天週期十分接近，但是因為肺炎，古得利克在1786冬天去世，年21歲。

5.造父變星」的名字可能是擅寫天文文章的英國作家艾格尼玆.瑪麗.克拉克（Agnes Mary Clerke）創造。

6.1907年哈佛天文台的亨利艾達.李維特（Henrietta Leavitt）發現小麥哲倫星系的969顆和大麥哲倫星系的808顆變星.其中她利用小麥哲倫星系的16顆確定週期的造父變星略提到週光關係（小麥哲倫星系所有星星到地球的距離大致相同），她並在1912年正式提出.隔年丹麥天文學家埃希納.赫玆布朗（Ejnar Hertzsprung）開使用週光關係來估計距離。

三、大銀河系：

1.1917年沙普利利用球狀星團的造父變星，宣佈球狀星團不只屬於銀河系，只要測出球狀星團中心和太陽的距離，也就知道太陽距離銀河系中心的距離。

2.除了造父變星，他還利用天琴座RR型變星和球狀星團中的最亮恆星來測定球狀星團的距離。因為天琴座RR型變星具有和週期無關的絕對亮度相等，球狀星團中的最亮恆星絕對亮度相等.將已知距離的球狀星團3，4，21合起來，共知道28個球狀星團的距離。

3.星團越遠，看起來越小。根據這個特性，他又得到41個星團的距離。

4.1918年，他提出銀河系的模型，銀河系直徑33萬光年，太陽距銀心6.5萬光年。銀心方向在南半球人馬座以西靠近天蠍座和蛇夫座交界處，根據球狀星團集中於該部分天區。

5.誤差來源：他的造父變星實際上是室女座w型變星，同樣具有週光關係的脈動星，但是亮度比造父變星小，因此它們實際上比沙普利估計得更近；忽略了星際吸收，它們顯得比實際上更暗更遠。

6.1920年在華盛頓特區，沙普利和立克天文台的赫柏.寇蒂斯（Heber Curtis）舉行了「宇宙的尺度」辯論，但是各抒己見，毫不傾聽對方，寇蒂斯認為銀河系甚至比卡普坦的更小。

7.對手卡普坦和范賴在1922年提出天琴座RR型變星具有大自行，應該是近恆星，認為銀河系比沙普利的小6.6倍。

8.在N年後，發現了星際間氣體與塵埃的吸收，發現了卡普坦犯錯的原因。

四、其他星系的發現：

1.沙普利認為銀河系就是宇宙，漩渦星系是銀河系的次系統，但是寇蒂斯認為漩渦星系是在銀河系外和銀河系相近的系統。

2.1923年艾德溫.哈伯（Edwin Hubble）利用仙女座星系中發現的造父變星確認仙女星系的距離並在銀河系之外。

第四章 讓銀河系轉起來

漩渦狀星系的外形就讓人覺得它們是在旋轉，因此命名上也常帶有此種含意。但1927年才出現了銀河系自轉的確實證據，而其他星系自轉的確實證據在1913年就出現了。

其他星系的自轉

1912年美國天文學家斯裡弗利用光譜儀測量漩渦雲的光譜，發現：

1.漩渦狀星雲的視向速度很大；

2.大多數漩渦狀星雲都正在遠離銀河系；

3.室女座的草帽星系兩端邊緣的紅移量不同，根據都卜勒效應，顯示它正在旋轉(1914年公佈)。

一、銀河系中恆星的運動

1868年英國天文學家哈金斯首先嘗試測定天狼星的視向速度，但所測得的數據誤差太大了，失敗！

1888年德國天文學家佛蓋爾和施安內利用照相進行光譜的分析，得到第一批可靠的視向速度。之後，美國利克天文台接手恆星視向速度測量，並在智利建立天文台測量南天的星體。

恆星流

1902年荷蘭天文學家卡普坦通過對恆星自行的分析而發現了「恆星流」現象：雖然恆星立速度不一，但大致上一半天空中的恆星朝向射手座方向(後來證明，即是銀心所在)運動，另一半則做反方向運動。他在1904年世界博覽會上發表。後來不少天文學家嘗試解釋「恆星流」，以德國天文學家施瓦西(提出黑洞半徑公式的人)在 1907、1908年提出的解釋較被接受。他以座標系方式來說明恆星的運動，將恆星運動分為三個互相垂直的方向，恆星以不同速度同方向運動，而造成地球上看來相對運動方向不同，形成恆星流。他的座標系後來被沿用來說明銀河系內恆星運動的各方向份量。

恆星運動分為三個方向：

U：遠離銀河中心的速度。

V：順著銀河自轉方向的速度。

W：垂直銀河自轉方向的速度。

當時觀察到U>V>W，且V、W速度很小只起擾動作用。一般認為恆星的U速度較大是銀河系自轉的結果。

高速星

大多數恆星的視向速度小於30㎞/秒，但是後來發現有少數恆星的視向速度極大，這些恆星被稱為高速星。1918年玻斯分析視向速度大於75㎞/秒的恆星位置，發現它們分佈不對稱，而且它們在V方向的運動最快。1923年斯特隆堡研究後得到同樣的結果，並提出解釋：太陽和其他多數的恆星以V方向高速度繞銀心公轉，但另有少數恆星公轉速度很小，由地球看來，這些恆星就成為視向速度很大的高速星。他同時發現公轉速度比太陽小的恆星，它們的速度瀰散度(圍繞平均速度的擴散程度：恆星速度都很接近時，速度瀰散度小；恆星速度差別很大時，速度瀰散度大)較大，他認為原因是：V方向速度小的恆星必須有較大的U、W方向的速度作為補償，才能抵抗重力而不會落入銀河中心。

二、銀河系自轉的証明

1925年林德布拉德宣稱銀河系在自轉，他認為：銀河系內的恆星成許多次系，有些次系扁平而自轉快，其他次系狀較接近球形且自轉慢(高速星)。1927年他又解釋「恆星流」為銀河系自轉的必然結果：大多恆星以橢圓形軌道繞銀心公轉，從銀道面上方看來是順時針方向。所以由地球看來，恆星有時朝向銀心，有時背離銀心，因此恆星具有較大的U方向的速度，因而形成兩股恆星流。

1927年歐特首先證明了銀河系的自轉，同時是一種較差自轉：銀河系的不同部分以不同的速度自轉，離銀心越遠的恆星公轉的速度越快。同時他計算得到太陽和大多數恆星的公轉速度高達每秒數百公里，因此銀河系必定極巨大，才有足夠的引力可以吸住快速運動的恆星。他認為星際氣體和塵埃的消光效應使卡普坦誤以為銀河系比實際小。

星際塵霧

1930年特朗普勒證實了歐特的想法，他利用疏散星團的最亮星作為星團亮度的依據，計算了一百個星團的距離，再反推星團的大小。結果發現：星團越遠，大小就越大。他斷言這是不可能的，他認為自己高估了遙遠星團的距離。於是他推測：星際氣體和塵埃吸收了星光，使遠方的星團看起來比實際更暗。他發現較遠的星團比較紅，表示藍光被吸收了。由於沙普利研究球狀星團時並未發現吸光效應，所以特朗普勒提出吸光物質只存在於銀盤中，因此只影響了緊靠銀道面的疏散星團，而不影響球狀星團。

總之，到了1930年代，天文學家得到有關於銀河系的結構和運動學的結論是：銀河系是一個由恆星組成的，迅速自轉的巨大圓盤，盤中有大量的氣體和塵埃。(續)

https://www.youtube.com/watch?v=-B1Eh5-lt70

宇宙到底有多大？