如果非要派探测器出去拍,距离也是个天文数字。太阳系现在距离银心约2.6万光年,如果从边缘垂直飞出银河系,哪怕只飞1.6万光年的厚度,也要飞7.4万光年。如果考虑到银河系盘面的平均厚度约2000光年,而我们位于银道面北部75到100光处,至少要飞行750到900光年才能离开银盘。以旅行者1号每秒17公里的速度,飞1光年都要17000多年,飞这几千光年需要上百万年。
有没有垂直于银河系拍摄的天文望远镜可以拍到银河系全貌?
从几何学角度来看,即使我们不在银河系中心,要拍出全貌也需要飞得很远。银河系是个盘状结构,直径20万光年,中间厚1.6到2万光年。如果垂直往上飞,至少也要飞出1万光年的厚度。但光飞出厚度还不够,就像你在大楼外贴着墙拍,拍不到大楼全貌。至少还要飞出相当于大楼宽度的距离,也就是再飞一倍多的距离,才能把整个盘子装进镜头。
有人可能会问,为什么不能就近拍,比如只拍银心?银心距离我们约2.6万光年,中间厚度达1万到2万光年。即使我们在盘面边缘,要看到银心的全貌,也得飞到超出银心核球高度的位置,也就是至少垂直飞行4000光年。以现在的航天技术,飞4光年都要几万年,飞4000光年得花几千万年,这完全是天方夜谭。所以,想现在拍银河系全景,只能想想了。
关于银河系的形态,它确实是个巨大的漩涡状星系,也就是棒旋星系。银心中间有个棒状光柱,带着整个星系旋转,甩出了两条巨大的旋臂和两条较小的旋臂,总共四条旋臂组成这个旋涡。这个盘子直径20万光年,但很薄,除了中间像铁饼一样凸起的部分,大部分区域非常扁平。我们太阳系就在一条叫猎户座的支臂上,身处这个巨大的结构内部,视角受限极大。
即使未来人类能研制出亚光速飞行器,挑战依然巨大。假设我们能以接近光速的速度飞行,飞出银盘也要数百年时间。探测器抵达目标位置对银河系拍照后,数据传回地球又需要数百年的时间。而且由于太阳系在星际空间中以波浪形轨迹穿行,信号传播的路径在不断变化,信号能否在如此遥远的距离上保持足够强度传回来,都是未知数。这比飞出太阳系还要困难得多。
很多人好奇网络上的银河系照片是怎么来的,其实那些都不是真的“拍”出来的,而是通过电脑建模推测出来的。科学家主要靠三个来源的数据:一是望远镜对银河系恒星的巡天扫描数据,二是参考其他同类型星系(比如棒旋星系)的观测数据,三是专门针对银心的观测数据。把这些数据输入电脑,经过一系列运算建模,才得到了我们看到的银河系样子。
目前被认为最接近真实的银河系图像,是NASA在2014年公布的数字版360度全景图。这张图是由“斯皮策”太空望远镜花了10年时间,拍摄了200万张照片拼接而成的。因为“斯皮策”是红外线望远镜,它能穿透光学望远镜无法看透的宇宙尘埃和气体,看到了更遥远的银河系中心地带,从而得到了比原来认定更大的银河系立体模型数据。
虽然直接拍摄银河系全貌目前不可行,但人类有其他方式了解它的结构。欧洲航天局的盖亚卫星能测量银河系中多达10亿颗恒星的位置和距离,这占了恒星总数的0.5%。天文学家基于这些海量数据,可以模拟出银河系的全貌结构。此外,既然银河系并不特殊,我们可以在宇宙中找到和它极其相似的棒旋星系,比如哈勃望远镜拍摄的UGC 12158,用那些星系的照片来推测银河系的样子。
要想垂直于银河系拍摄全貌,首先得解决一个最根本的问题:我们人不在外面。这就像一个婴儿在妈妈肚子里,怎么可能拍到妈妈的全貌呢?必须飞出银河系,也就是飞到这个20万光年直径的“大盘子”外面去才行。现在的技术手段完全做不到,因为连最远的旅行者1号飞了40多年才走了217亿公里,相对于银河系的规模,这几乎可以忽略不计,想要飞出银河系去拍照,目前看来是完全不可能的任务。
其实网络上那些精美的银河系全景图,大部分是艺术创作或模型合成。除了NASA那张基于斯皮策数据的360度全景图比较接近真实结构外,其他很多图片都是基于推测。比如有些图片看起来非常壮观,但实际上是从外行看来,最不像真实银河系视角的。真正的银河系结构需要通过复杂的科学计算和大量间接观测数据拼凑出来,而不是直接拍的一张清晰照片。