近日，中外科学家绘制出目前最准确的银河系构造图，明白银河系是一个具有4条旋臂的棒旋星系。
　　银河系构造是天文学中长期悬而未决的严重科学问题。美国、德国和中国的天文学家主导成立了“银河系棒和旋臂构造遗珍巡天”严重科学方案，经过十余年研讨最终破解。这是人类继认识地球和太阳系后，跨入宏大银河系的关键一步。
　　历经17年，美国、德国和中国天文学家主导的严重科学研讨团队绘制出迄今最准确银河系构造图，明晰地展现银河系是一个具有4条旋臂的棒旋星系。
　　美国哈佛—斯密松天体物理中心资深天文学家、美国科学院院士马克·里德和南京大学天文与空间科学学院教授郑兴武结合撰写的《银河系新视野》，登载在近日的《科学美国人》杂志上，成为封面文章。这项研讨是人类继认识地球和太阳系后，跨入我们寓居的宏大银河系的关键一步。
　　间隔悠远 观测艰难
　　不断未能看清银河系构造
　　银河系构造是天文学中长期悬而未决的严重科学问题。
　　早在1785年，英国著名天文学家赫歇尔经过恒星记数的办法，第一次提出银河系是一个由亿万颗恒星组成的扁平系统。但长期以来，这个扁平的恒星系统的内部构造不断没有人弄分明。
　　郑兴武解释，是由于银河系太大了，现代研讨标明它的直径约为10万至18万光年，太阳系离银河系中心很远，且位置接近银道中心面，因而我们所看到的旋臂都堆叠投影在天球上而无法分辨，同时我们又无法分开银河系，到几百万光年以外的宇宙空间来回眸银河系，恰如“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。
　　天文学家也发现，假如能准确地测定旋臂上足够多的天体到太阳的相对间隔，即使身在银河系内部，也完整能从内到外勾勒出银河系的旋臂构造。于是，寻觅能有效勾勒出银河系构造的示踪天体或者信标，又能准确丈量它们间隔，成为天文学家破解这个难题的独一途径。
　　但是，在银盘上散布着浓密的尘埃气体，对银河系旋臂上天体的光学辐射产生十分严重的遮挡。当人们到无光污染的大草原仰视天空，用肉眼就能够发现银河中心有一个暗带，即使运用大光学望远镜也只能看清太阳系四周的天体，远远小于银河系的大小。这是光学天文无法完整探究银河系构造的缘由。
　　真正普遍深化地观测和研讨银河系的构造得益于20世纪50年代射电和红外天文学的兴起。射电和红外辐射能穿透银道面上浓密的尘埃，使我们看到银河系边缘的天体。经过近半个世纪的观测和研讨，天文学家普遍以为银河系是一个棒旋星系。
　　不过，由于离我们最近银河系旋臂的间隔大约为6000光年，直接准确丈量这些射电和红外源的间隔十分艰难，天文学家常常借助于一些天体物理模型，间接丈量它们的间隔。近代天文学研讨标明，这些间接丈量的办法有很多问题。这也招致了银河系构造的一些最根本的问题依然没有得到处理。
　　国际协作 数据共享
　　天文学家合力破解难题
　　为加深对银河系构造的认识，21世纪初，美国、德国和中国的天文学家主导成立了由8个国度22位天文学家参与的“银河系棒和旋臂构造遗珍巡天”严重科学方案，简称贝塞尔方案，以留念德国天文学家贝塞尔在1938年第一次丈量了恒星的间隔。
　　贝塞尔方案用等效口径为8000多公里的甚长基线干预阵，采用几何三角视差办法直接丈量大质量恒星构成区中脉泽源的间隔和自行。为了肯定银河系构造，科学家希望有一种能穿透银河系盘中浓密尘埃、能丈量银河系边缘构造的极亮天体。这种天体就是大质量恒星构成区中的脉泽源，是一种亮温度超越亿度、以至万亿度的宇宙激光点源。
　　从2003年到2019年贝塞尔严重研讨方案根本完毕，研讨团队丈量了银盘上163个大质量恒星构成区中脉泽源的间隔和自行，分离国际上其他团组丈量的37个脉泽源，共取得了银河系中近200个大质量恒星构成区的间隔和自行。
　　“为了丈量一个脉泽源的间隔和它的自行，在地球上由10个天线组成的甚长基线干预阵，在一年内至少要观测5次，每次观测时间约为5小时，每一小时的观测约需求20个小时的时间停止数据处置和写报告。在十余年中，我国贝塞尔课题组成员大局部时间都在默默地观测和数据处置中。”郑兴武引见，国际团队成员处置后的数据，均停止了共享。
　　据引见，研讨团队对大质量恒星构成区在银盘上的螺旋形位置散布的突跳和连续停止剖析和补偿。最终，从研讨团队所丈量大质量恒星构成区的准确位置，明晰地勾勒出4条主旋臂，分别是英仙臂、人马—船底臂、矩尺臂和盾牌—半人马臂。再分离红外、一氧化碳和大量年轻天体的观测材料，最终绘制出银河系构造图。
　　在天文学家观测到的宇宙较亮的河外星系中，旋涡星系约占整个星系数的80%，而棒旋星系约占旋涡星系的2/3，银河系是宇宙中普通的一个星系，4个旋臂散布相比照较对称。相比拟于不规则星系，我们寓居的银河系是一个旋臂匀称美丽的星系。该项研讨成果彻底处理了银河系终究有几条旋臂这一天文学中长期争论而未处理的严重科学问题。它为现代天体物理学具有应战性的研讨课题之一，即银河系乃至星系的构成研讨提供了重要观测根据。
　　“银河系棒和旋臂构造遗珍巡天方案”给出了太阳系在银河系中有关它的位置和运动的重要信息。从主要由中国天文学家观测和研讨的结果剖析，标明太阳系不在4条主旋臂上，而十分接近于独立于这4条主旋臂的一条本地臂左近。这条本地臂的外形和其包含丰厚的大质量恒星构成区可与其他4条主旋臂相似，或许不是一个孤立的臂段，而极有可能是临近英仙臂和人马—船底臂的一局部。
　　接力参与 成果迭出
　　助推人才培育和学科开展
　　在由美国、德国和中国的天文学家为主导的贝塞尔方案中，中国天文学家起着重要作用，方案中有一半成果来自中国团队。中国成员来自南京大学、紫金山天文台、上海天文台和国度授时中心。
　　2003年，中外科学家协作获得里程碑式的成果，也是促成贝塞尔方案的创始性工作。2013年，贝塞尔方案中以紫金山天文台研讨人员为首的科研团队，发现并准确测定了间隔地球最近的银河系本地臂的形态和运动学性质。2016年，紫金山天文台研讨员徐烨、李晶晶博士发现了一座“桥梁”，从本地臂延伸至人马臂，长度大约有1.2万光年，是迄今发现的银河系内最长的一个旋臂次构造。同时分离其他观测证据，他们率先提出，银河系不是以前公认的单纯由雄伟、规则的螺旋形主旋臂组成，而是相似于一些河外星系，在主旋臂间有着很屡次构造的复杂棒旋涡星系。
　　截至2019年底，在贝塞尔方案的163个目的脉泽源中，中国天文学家观测剖析了其中85个源。贝塞尔方案在国际知名的天文和天体物理刊物上发表了35篇论文，其中中国天文学家发表了16篇。
　　此外，上海天文台研讨员张波、国度授时中心研讨员吴元伟、南京大学胡波博士的观测和研讨，都对绘制出银河系构造图做出了重要奉献。“参与这一严重科学方案将助推我国甚长基线天体丈量学科的开展，培育出一批年轻天文学家，走在国际甚长基线天体丈量学科的最前列。这个根底学科的开展还可能为精细天体丈量的实践应用提供技术办法支撑。”郑兴武说。