中西国际团队利用LAMOST发现银河系比想象中更大

几千年前，宋代诗人秦观在夜晚仰望星空，看到明亮的牛郎织女被一条淡淡的银河隔开。感人的场景和感受，他写下了后世的流行说法，“好云变戏法，飞星传播仇恨，银和中国人一路旅行秘密过河。”时光流逝，几千年后的秦观，人变了，但风景依旧。在夏末秋初的一个晴朗的夜晚，当我抬头看时，银河依然高高地挂在那里。

虽然银河系仍然是一样的，但在过去的一千年里，我们对银河系的理解发生了巨大的变化。在古代，据说银河是天后的金钗。现在，人们对银河系是由无数恒星聚集而成的理解已经深深扎根于人们的心中。对后者的理解最早可以归功于意大利科学家伽利略。400多年前，伽利略首次将望远镜对准天空，将暗淡的银河系分解成许多恒星。直到那时，他才意识到银河系是一条由无数恒星组成的“无水河流”。

图1赫歇尔手绘的银河系结构

在整个星空中，银河系的结构是什么？200年前，天王星之父赫歇尔用天文望远镜数了数天空中的星星。有些地方有许多星星，有些地方星星很少。大多数恒星都集中在一个扁平的圆盘区域，这就是我们的银河系。虽然我们位于银河系，但我们无法认出它的真面目。我们的银河系有多大？我们的太阳系是在银河系“第二环”的边缘还是在“第五环”的外围？科学家们从未停止探索这些问题。

在过去的几十年里，天文学家普遍认为银河系的半径约为5万光年，在其中心附近有一个棒状结构。它外面有一个盘状结构(银色圆盘)，周围是相对稀疏的恒星(银色光环)。太阳距离银河系中心大约25000光年。以前，人们认为银盘在距离银河系中心约50，000光年的地方有一个清晰的边界。在这个边界，银盘中的恒星数量直线下降，就好像银盘在这里被切断了一样。

然而，近年来，一些观测已经成功地发现一些年轻的恒星属于银盘超出这个界限，这似乎表明银盘的边界应该更大。为了证明这一点，需要计算越来越多的恒星。因此，直到LAMOST，一个可以获得数百万颗恒星光谱数据的项目，才真正开启了银河系结构和演化精确研究的新篇章。

LAMOST是位于国家天文台兴隆天文台的大面积多目标光纤光谱望远镜的英文缩写。它可以同时观测4000个天体，是光谱观测效率最高的望远镜之一。

到目前为止，LAMOST望远镜已经成功地“捕获”了900多万颗恒星的光谱数据，并建立了世界上最大的恒星光谱库。这些数据有助于天文学家逐渐揭开银河系的神秘。利用这些大样本恒星数据进行详细的数据筛选和严格的统计分析是探索银河系真实面貌的一个关键环节。

2017年底，国家天文台研究员刘超等人率先用LAMOST数据挑战传统认知。通过使用复杂的统计方法来精确计算银河系外围的恒星数量，他们成功地绘制了银盘外围的空间结构图。从图中可以看出，尽管银盘中的恒星数量随着银盘半径的增加而减少，但它并没有停止在50，000光年处，而是从中心延伸到62，000光年处(图中的红白区域是银盘，蓝色区域是银晕)。这比教科书中一直引用的半径大约大四分之一！

图2是银盘周围的空间结构的剖视图

在这一结果之后，由西班牙天体物理研究所的马丁·洛佩兹·科雷多拉博士、中国科学院国家天文台的王海峰博士和刘超的研究人员组成的国际研究小组，进一步利用拉莫特和SDSS获得的大量恒星光谱重新改写了银盘的大小。人们发现，银河系中由大多数恒星组成的圆盘结构可能比天文学家以前想象的要大得多，半径约为10万光年，这意味着我们的“家园”——银河系的边界与我们以前所知的相比已经大大扩展了。

天文学家如何发现并确认银河系有如此遥远的领土？在获得的LAMOST和SDSS星的光谱数据中，可以在更远的地方采样的恒星越少。用统计学方法很难计算出银河系外围的恒星数量。然而，我们聪明的天文学家很难找到另一种方法来分析几颗遥远的恒星。他们发现，在距离银河系中心约10万光年的恒星中，相当一部分仍具有银碟星的“家族特征”(金属成分相对较高，天文学家通常称除氢和氦以外的所有元素为“金属”)。这证实了银盘的边界已经完全扩展到10万光年。

这项新研究提供了对银色圆盘的恒星组成的新理解，以及对银河系大小的更精确测量。银河系不断变化的大小促使天文学家重新审视星系形成和宇宙演化的一般规律。

图3已知银盘尺寸的变化(示意图):袁波

天文学家如何发现并确认银河系有如此遥远的领土？在获得的LAMOST和SDSS星的光谱数据中，可以在更远的地方采样的恒星越少。用统计学方法很难计算出银河系外围的恒星数量。然而，我们聪明的天文学家很难找到另一种方法来分析几颗遥远的恒星。他们发现，在距离银河系中心约10万光年的恒星中，相当一部分仍具有银碟星的“家族特征”(金属成分相对较高，天文学家通常称除氢和氦以外的所有元素为“金属”)。这证实了银盘的边界已经完全扩展到10万光年。

这项新研究提供了对银色圆盘的恒星组成的新理解，以及对银河系大小的更精确测量。银河系不断变化的大小促使天文学家重新审视星系形成和宇宙演化的一般规律。

英国诗人约翰.济慈曾经陶醉于彩虹的炫目色彩。当牛顿把彩虹恢复到棱镜下的光谱时，他非常失望和愤怒。认为牛顿彻底摧毁了彩虹的诗。在他的长诗《拉米亚》中，他写道:“天空中曾经有一道可怕的彩虹。当我们知道它的质地和质地时，它就被归类为单调乏味的普通事物。”事实上，这是因为济慈不理解科学的美。

今天，银河不再是最初传说中的金钗，而是许多星星的集合。我们不仅感叹银河系在时间和空间上的壮丽和浩瀚，还感叹宇宙法则控制下的数千亿颗恒星的结构之美。它们背后有许多秘密等待我们去发现和探索...