銀河系結構

1780s William Herschel 試圖判斷太陽在銀河系中的位置。他統計天空683塊區域的恆星數目，因此而推斷：

向著銀河系中心的方向 ＝ 密度最高的區域

向著銀河系邊緣的方向 ＝ 密度比較稀鬆

結果：銀河系各方向的星球密度差不多！

─→ Herschel 因此認為我們位居銀河系的中心

今日我們知道 Herschel 錯了，因為他當時不知道星際有塵埃

1930s R. J. Trumpler 發現遠方的星團（看起來張角比較小）即使考慮距離因素，這些星團也比預期來得暗 
→ interstellar dust 的存在

Harlow Shapley 用 RR Lyrae （也有 period-luminosity 關係）決定球狀星團的距離，
發現它們多半集中在天空的半球，並且以 Sagittarius 座中的一個方向為中心

Shapley 假設： The globular clusters orbit the center of teh Milky Way.  
They therefore outline the true size and extent of the Galaxy.

（地球這一會兒又不在銀河系的中心了！）

Shapley 之後的數10年中，radio waves 的觀測 
→ 我們距離銀河系核心 (galactic nucleus) ~ 28,000 ly

銀河系外觀結構：

1. 中央突起 (nuclear bulge) ：直徑約 20,000~ly

2. 銀河盤面 (galactic disk)：直徑約 100,000~ly；厚度約 2,000~ly

3. 銀河包暈 (galactoc halo)：球狀星團所在的球型區域

(but why radio waves?) 

如何利用電波輻射偵測氫原子？

電子與質子有如小型的自轉 (spin) 磁鐵，它們的自轉方向不是相同，就是彼此相反

當原子從 parallel 狀態，變成 anti-parallel 狀態 (hyperfine structure) 
→ 原子放出這兩種自轉狀態的（微小）能量差，這種光子的波長相當於 21 公分

在 1951 年首先偵測到星際氫氣的 21 公分輻射

銀河系中不同位置的氫氣雲運動狀態不同 → 發射出的 21 公分輻射波長稍許不同
→ 可以描繪出銀河系裡氫氣雲分佈的情形

─→ 銀河系在旋轉 (galactic rotation): differential rotation

銀河系的自轉

瑞典天文學家 Bertil Lindblad 利用 globular clusters 為背景（因為這些星體不
像盤面上的星球一般運動，而是凌亂地運動），測量太陽繞行銀河系中心的運動
\lra V$_{\rm Sun} \approx 230$~km/s （相當於時速 828,000~公里）；
大約2億3千萬年繞中心一圈。利用 Kepler's third law \ra
在太陽之內銀河系的質量為 $ 1.1 \times 10{11}$~\Msun

隨著與星系中心的距離，旋轉速率的改變，稱為 rotation curve

測量太陽之外的星球運動，發現銀河系的旋轉曲線即使在可見的邊緣以外，仍繼續向上
攀升，表示仍有重力作用在這些星球上 \ra 這些物質不發光 \ra dark matter
很有可能成球狀分佈在星系四周

也稱為 missing mass，性質不明，可能是黑洞、微中子、氣體、如木星般的小型天體、
非常暗的天體（棕矮星）等等