银河系的结构和质量分布情况如何？

银河系的天体运动取决于银河系的引力场，也就是物质散布状态，恒星在银河系的运动是“较差自转”，不同银心距的恒星有着不同的转动角速度。如今观测到的银河系各种特征的散布都是客观存在的，是大约构成于一百多亿年银河系的构成和长期演化的结果。

银河系星族分为了两大类，分别是盘绕在银心四周环状的年轻星族和盘绕在核球和银晕内的老一点的星族，年轻星族速度较大，弥散度小，而老一点的星族则弥散度较大，运动速度较慢，这些都是科学家经过长期的观测和研讨发现的。

依据科学家研讨发现，银河系整体是一个旋涡星系，其年龄大约是在一百亿年以上，而银河系的整体构造能够分为，银盘、核球以及银晕、暗晕这四个局部，而银河系总的质量大约是太阳质量的1410^11倍，这其中恒星的质量占到了百分之九十，而其他的百分之十包含了气体以及尘埃等物质。

1、银盘：占银河系质量的百分之九十左右

银盘是银河系是主体，是银河系质量的百分之九十左右。银盘的所呈现出来的普通是扁平圆盘外形，而且这个外形还是轴对称或是平面对称的，银盘的直径大约是有八万光年左右，银盘中心比拟厚，而越到边缘越薄，我们所寓居的太阳系左近的银盘厚度大约只要三千三百光年左右。

2、核球：占银河系总质量的百分之五

银河系中央的椭球状的核。核球的长轴约长4~5千秒差距,厚4千秒差距。由于银河系核球与太阳系之间的大量尘埃云的消光作用，人们难以获得核球的准确图像。但根据人马座星云的距离资料，可以确定核球的边界。

核球的质量约占银河系总质量的5%,即为太阳质量的7×109倍。即使如此密集的恒星集团，在离银心10秒差距处，相邻两星的平均距离也远达10,000天文单位(太阳同最近的恒星──半人马座比邻星的距离是270,000天文单位)。银河系核球表面亮度的分布和椭圆星系表面亮度的分布相近，按与银心距离R的1/4次幂(R1/4)变化。其质光比M/L≈12，和仙女星系的核球的质光比差不多。

而该区域目前主要散布着一些年代长远的天体，位于核球中心肠区，恒星的密度十分高，而且有天文学家猜想可能在核球位置会有超级黑洞的存在，只是如今还观测不到，处于稳定时期。

河外星系PGC 65414，它有明显的盒状核球。银河系的核球也可能具有类似的形态

3、银晕：初步估计其质量为银盘质量的百分之十

银河系外围由稀疏分布的恒星和星际物质组成的球状区域叫银晕，即在银河系主体(圆盘体)外围由稀薄的星际物质和某些类型的少量恒星所组成的球状区域。大体成球状，范围很大，超过银河系扁平主体的50倍以上。

银晕中的主要成员星年龄都较老，接近于银河系本身的年龄，约100多亿年；为球状星团，贫金属亚矮星，周期长于04天的天琴座RR型变星和极高速星，合称晕星族。它们绕银心旋转，轨道呈长椭圆形。极高速星相对于太阳的速度高达每秒300千米。

对它的了解甚少，初步估计其质量为银盘质量的百分之十。其存在对银盘的稳定性有一定影响

4、暗晕：是可见恒星、气体和尘埃质量的10倍以上

而银河系除了这三局部相比照较集中的之外，还有很大很普遍的外围区域，这局部就叫做暗晕，或暗物质晕。银晕的外侧没有任何能用可见光看到的天体，因此被称为「暗晕」。

大多数的星系都镶嵌在这种暗物质晕当中，星系系统的动力学也主要由暗物质的分布主导。暗物质晕是在银河中心算起的100,000至300,000光年空间内最大的唯一结构，它也是银河系最神秘的部分。

暗晕的尺度可是要比银晕大至少十倍以上，其质量也是十分高，估计是其他局部质量总和的十倍，暗晕的成分为暗物质，这局部是不被观测到，所以暗晕是科学家依据一些观测材料停止揣测的。

不过倒是有一些候选者，如超对称粒子，轴子等。银河系95%的质量都是由暗物质组成的，除了经由重力的作用之外，它似乎与星系内的物质与能量没有任何的交互作用。银河系所有的暗物质似乎都存在于暗物质晕的位置，它是可见恒星、气体和尘埃质量的10倍以上。明亮物质的总质量大约是900亿太阳质量，暗物质晕的暗物质总质量大约是6,000亿至3兆太阳质量。

来自达勒姆大学的科学家宣称已经发现了暗物质的踪迹，并形成了“晕”状物质，此前我们已经发现在一些星系周围存在暗物质团，但有些星系却没有类似的结构，这些信息有助于我们揭开暗物质之谜。同时，科学家也发现宇宙“晕”物质可随着宇宙的演化而变化，这可能是暗物质发展过程中的证据之一。

参考：

科学普及----中国科学院

银河系的结构分布以及其演化

百科

在晴朗无月的夜晚，我们可以看到天空上一条白茫茫的光带。它环绕整个天空，我国古人称之为天河、星河、银河、银汉、天津等，西方人称之为“牛奶之路”（milkway）。1609年伽利略利用望远镜观测星空后，人们才知道，银河是由许许多多的星星组成的，并没有什么天河。

将全天的恒星与银河作为一个天体系统，则是英国天文学家威廉·赫歇耳提出的，他是通过恒星的直接计数发现的。恒星计数是相当困难的工作，他和他的妹妹嘉洛琳在长达十几年的时间内，做了1083次观测，共计数了11．76万颗恒星。1785年赫歇耳在《论星空的结构》一文中，宣布了自己研究的结果：全天的星星组成一个有点破口的铁饼状，他起名为银河系，这是天文学史上的第二个银河系模型。后来人们查出，图中的那个缺口恰是银河在天鹅座附近的“煤袋”，那个方向天空中充满了气体与尘埃，将在它后面的恒星的光给吸收掉了，所以人们看不到一颗星。

威廉·赫歇耳由于在恒星天文学上的开创性工作，被后人尊称为“恒星天文学之父“。

赫歇耳把太阳系作为银河系的中心，但实际上并不是这样的。美国天文学家沙普利利用当时世界上最大的望远镜（口径为2．5米，在威尔逊山天文台），观测了不少球状星团。由球状星团的分布，他得出银河系的中心在人马座方向，而太阳位于银河系的边缘附近。沙普利估计银河系的直径约为30万光年，太阳距离银河系中心约有6万光年。不过这个模型比现代测定的要大得多。

对于银河系的重大研究成果是荷兰天文学家奥尔特所完成的。1927年，他依据恒星的自行和视向速度确定了银河系自转的公式，来说明整个银河系在旋转着。太阳距离银河系中心约3万光年，太阳以每秒250千米的速度绕银河系中心做圆周运动，估计2．5亿年公转一周。他还算出银河系的质量是1．4×1011个太阳质量。

1930年，瑞士天文学家特朗普勒指出，星际空间并不是空无一物，而是充满了一种极稀薄的雾状物质，它能吸收远方的星光（称“星际吸光”或“星际消光”），使得它们显得比实际的距离要远些。球状星团经过星际消光改正后，距离就大为缩小，因此沙普利的银河系直径只有10万光年，同奥尔特推算的结果相符合。

对于银河系构造的进一步研究，主要依赖于射电天文方法。1951年美国哈佛天文台的珀塞尔、尤恩等首先观测到来自银河的波长21厘米的谱线信号。21厘米谱线是氢原子云发射的，而氢原子云是构成星际物质的主要成分。因此，通过中性氢21厘米谱线就能了解银河系的结构。奥尔特等人就是依据这种探测，证实了早先有人提出的银河系具有旋涡构造这一论证。

现在，人们通过光学、射电及空间观测手段，对于我们银河系的构造有了较深入的了解。

银河系的主要物质组成一个扁的铁饼形。中央鼓出，两边细长。银盘直径约为7万光年，太阳距银河系中心为2．3万光年。银盘平均厚度约5000光年，中心核球直径约1万光年。在核球正中还有一个银核，直径约30光年，在主要发光部分以外，还有稀薄分布的老年恒星与尘埃气体组成的“雾球”，称为银晕。银晕的直径约为10万光年。近年来，发现在银晕以外，还有极稀薄的气体组成的银冕。银冕的直径约有60万光年。

银河系具有旋涡结构，绝大部分的恒星与星际物质分布在3条旋臂上，称为人马臂、猎户臂与英仙臂。太阳位于猎户臂的内侧。此外，在银河系中心方向还发现了一条3000秒差距臂。旋臂间的距离约1600秒差距。在银河系中心直径为2万光年的范围内充满了激烈的氢气湍流。

水星的小档案

平均日距 57,910,000 千米

直径 4,878 千米

质量 330e23 千克

密度 543 gm/cm

重力 0376 G

公转 8797 地球天

自转 5865 地球天

水星是最靠近太阳的行星，由於水星距离太阳实在太近了，表面温度很高，太空船不易接近，在地球上也不容易观测，因为可观测的时间都集中在清晨太阳出来的前几分钟，和夕阳落下后的几分钟，时间不容易掌握，而且，在背景亮度尚高的情况下，要去找一颗比月亮大不了多少的水星，实在不是件轻松的事水星是最靠近太阳的行星，所以它运行的速度比其他行星都快，每秒的速度接近48公里，并且不到88天就公转太阳一周。水星非常小（九大行星中 仅有冥王星比它小），是由岩石构成的，表面布满被流星撞击而形成的环形山和坑洞，另外有平滑，稀疏的坑洞平原。水星表面另外还有山脊，这是行星在40亿年前核心逐渐冷却与收缩所形成的，因此表面起伏不平。水星自转的速度非常缓慢，自转一周将近59个地球日，所以水星的一个太阳日（从日出到另一个日出）差不多要176个地球日—相当於水星一年88日的两倍长。水星的表面温度很悬殊， 向阳面高达摄氏430度，阴暗面则在摄氏零下170 度。当黑夜降临时，由於水星几乎没有大气层温度下降很快。大气成分包括由太阳风所捕捉到的微量氦和氢，或许还有一点其他的气体。

金星的小档案：

平均日距 108,200,000 km (072 AU)

直径 12,1036 km

质量 4869e24 kg

密度 524 gm/cm

重力 0903 G

公转 2247 地球天

自转 243 地球天

金星是太阳系第二颗行星，全天最亮的行星就是金星，通常是在清晨或傍晚才看得到，最亮时的亮度可超过 -4，有如一盏挂在山边的路灯，一般的望远镜即可观测，常可看到如月球的盈亏现象。在古代的西方世界，金星代表著美丽的女神金星是一颗岩石构成的行星，也是距离太阳第二远的行星。金星在绕太阳公转的同时也缓慢的反方向自转，因此使它成为太阳系中自转周期最长的行星，大约需243个地球日。

金星比地球稍微小一点，内部构造或许也类似。金星是除了太阳与月球外，天空中最亮的天体，这是因为它的大气层能强烈的反射阳光。大气层的主要成分是二氧化碳，它能在温室效应下吸收更多的热，因此，金星成了最热的行星，表面高温度可达摄氏480度。厚的云层内含有硫酸的小滴，并由风以每小时接近360公 里的速度吹向行星各处。虽然金星需要243个地球日才能自转一周，但高速的风只需4个地球日就把云吹得环绕行星一圈。高温、酸云和极高的大气压力，（大约是地球表面的90倍），显示金星的环境恶劣。

地球的小档案：

平均日距 149,600,000 km (100 AU)

直径 12,7563 km

质量 5976e24 kg

密度 552 gm/cm

重力 1 G(98 m/s2)

公转 36526 地球天

自转 1 地球天

美丽的地球，生命的奇迹，是宇宙的巧合或是上帝的杰作？地球是太阳系第三颗行星，有一卫星称为月亮，地球大气层的保护及距离太阳位置的适当，是生命起源的重要条件。

地球是距离太阳第三远的行星，也是直径最大和比重最大的岩石行星，同时也是唯一 己知有生命存在的行星。地球内部的岩石和金属显示它是一颗典型的板块组成，由於板块推挤，因此交界处会发生地震和火山等活动。地球的大气层和同一张保护层，它能阻挡来自太阳有害人体的辐射，并防止流星撞击行星表面，除此之外，还能积存足 够的热，防止气温急遽下降。地球表面有百分之七十为水所包围，其他行星的表面都未发现这类液态形式的水。地球有一个天然卫星——月球，它大得足以把这两个天体视为一个双行星系统。

火星的小档案：

平均日距 227,940,000 km (152 AU)

直径 6,794 km

质量 64219e23 kg

密度 394 gm/cm

重力 038 G

公转 68698 地球天

自转 1026 地球天

火星是太阳系第四个行星，在晴朗的夜空里，代表战神的火星闪著火色的光芒，吸引著古今千万人的视线。十万年前有一颗来自火星的岩石坠落於地球的极区，冰封。人们在此陨石里发现了，可能是生命所留下的痕迹化石，这化石是三十亿年前在火星上形成的，科学家正积极的研究，并探测这颗表面充满神密河道及火山的星球，火星上曾经有生命吗？

生命如何形成

火星即常所说的红色行星，火星是太阳系中第三小的行星直径约为地求的二分之一，体积约为地球的十分之一，表面的重力约地球的三分之一强。火星的大气层比地球稀薄，只有地球大气层的百分之一，主要成分是二氧化碳。同时还有少量的云层和晨雾。因为大气层很薄，在火星上没有温室效应。火星赤道附近温度白天可达到27C，在夜晚可降至零下111C。

火星的北半球有许多由凝固的火山熔岩所形成的大平原，南半球有许多环形山与大的撞击盆地，另外还有几个大的、己熄灭的火山，例如奥林帕斯山，宽600公里，还有许多峡谷和分岔的河床。峡谷是 地壳移动所 造成的而河床一般认为是己乾涸的河流形成的。在火星上高纬度的地方，冬天时由於温度太低，大气中的二氧化碳会冻结，而在五十公里高的地方形成云，到了春天便消失。夏天时由於日照强烈，地面温度很高，地面附近的大气 因受热而产生强劲的上什气流。这个股气流会将地面的灰尘往上卷，在空中吸收阳光的热而进一步提高大气的温度，使上升的速度增快，因此火星上常可看到大规模的暴石砂。

火星上最大的火山-------奥林柏斯山，高出地面24公里，几乎是地球上最高山3倍，同时也是太阳系最高的山。

木星的小档案：

平均日距 778,330,000 km (520 AU)

直径 142,984 km (equatorial)

质量 1900e27 kg

密度 131 gm/cm

重力 234 G

公转 1186 地球年

自转 0414 地球天

木星是太阳系第五颗行星，也是整个太阳系最大的行星，位於火星於土星之间，用一般的天文望远镜(60mm 72倍)即可看到它表面的条纹及四颗明亮的卫星，是全天第二亮的行星仅次於金星，木星的亮度最高可超过 -2。木星是距离太阳第五远的行星，也是四大气体行星中的第一个 。它是最大且重的行星，直径有地球的11倍，质量是其他八个行星总和的25倍。木星可能有个小的石质核心 ，四周是由金属氢（液态氢，性质如同金属）所构成的内地函。内土诡函的外面是由液愈氢和氦所构成的 外地函，它们融合成气态的大气层。木星的快速自转使大气层中的云形成带状与区层 稳定的乱流形成白与红斑等特别的云，这两种都是巨大的风暴。最有名的云是一个称为大红斑的风暴，它由一个比地球宽三倍， 升起於高云之上约七公里的旋涡圆 柱状云所构成。

木星有一个薄、暗的主环，里面有个由朝向行星延伸的微粒所形成稀薄光环。目前己知有16个卫星。四个最大的卫星（称为伽利略木卫）是甘尼八德、卡利斯、埃欧和欧罗巴。甘尼八德与卡利斯多表面有许多坑洞，或许还有冰。欧罗巴表面表滑， 并覆著冰，或许还有水。埃欧表面有许多发亮的红色、橘色和**的斑点。这些颜色来自于活火山的硫磺物质，由喷出表面高达数百公里的绒毛状熔岩所造成的。

土星的小档案：

平均日距 1,429,400,000 km (954 AU)

直径 120,536 km (equatorial)

质量 5688e26 kg

密度 069 gm/cm

重力 116G

公转 2946 地球年

自转 0436 地球天

土星是太阳系第六颗行星，也是体积第二大的行星，有着美丽的环，在地球以一般的望远镜即可看见，土星、木星、天王星和海王星表面都是气体，故自转都相当快。土星的环主要是由冰及尘粒构成，据科学家推测，可能是因某卫星受不了土星强大的吸引力而解体成碎片。

土星的环平面与土星公转面不在同一个平面上，故当土星公转至某一位置时，土星的环平面刚好与我们的视线平行，我们在地球上便无法看到此一土星环，因为土星环实在太薄了，我们无法从侧面看到，另外，当土星环与阳光平行时，因环平面没有受光，故我们也无法看到。

土星是从太阳算起的第六颗行星，也是一个几乎和木星一样大的气体巨星，赤道直径约 120500公里。土星可能有一个岩石与冰构成的小核心，周围是金属氢（液态氢，性质如同金属）构成的内地函。在内地函的外面是是由液态氢构成的外地函、融合成为气态的大气层。

土星的云层形成带状与区层，颇似木星，但由於外层的云薄而显得较模糊。风暴和漩涡发生在云中，看起来为呈红或白色椭圆。

土星有一个极薄但却很宽的环状系统，虽然厚不到一公里，却从行星表面朝外延伸约420000公里。主环包括数千条狭窄的细环， 由小微粒和大到数公尺宽的冰块所构成。土星己有18颗卫星，其中有些在光环内运行， 这会施加重力，影响到环的形状。有趣的是，卫星中的7颗为共内轨道，与别的卫星分享同一个轨道。天文学家相信这些共用轨道的卫星为来自同一，但后来碎裂的卫星。

天王星的小档案：

平均日距 2,870,990,000 km (19218 AU)

直径 51,118 km (equatorial)

质量 8686e25 kg

密度 128 gm/cm

重力 115G

公转 8481 地球年

自转 072 地球天

天王星是太阳系第七颗行星，在太空船未到以前，人类并不知道它也有如土星一样美丽的环，天王星是人类用肉眼所能看到的最远的一颗行星，但，如果你没有受过专业的训练的话，是很难在众星里寻到的天王星(Uranus)的最大特徵是自转的倾斜度很大。一般行星的自转轴与其公转面都很接近垂共直，唯独天王星的自转轴成九十八度的倾斜，几乎是横躺著运行。因此， 太阳有时整天都照在北极上，而这时的南半球就全天黑暗。天王星表面发出带有白色的蓝绿光彩，因此推测它的大气可能含有很多甲烷。而天王星的直径约为地球的四倍，质量约十四倍，但密度却不及地球的四分之一，这是因为天王星与其他木星型行一样，它们都是以氢、氦等气体为主要成分形成的。

九条细环天王星的赤道上空也有九条环，这九条环合起来的宽度约十万公里，大约为土星环三分之一宽。天王星的环之构造及成分与土星及木星的环大不相同，土星环是由几千条环夹著很狭窄的空隙形成的，而天王星的九条环却彼此都隔得很远。九条环中内侧的八条宽约十几公里，最外侧的一条则宽达一百公里以上。

海王星的小档案：

平均日距 4,504,000,000 km (3006 AU)

直径 49,528 km (equatorial)

质量 10247e26 kg

海王星是太阳系第八颗行星，有八颗卫星，海王星表面主要也是气体组成，也有类似木星表面的大红斑风暴云，我们称之为大黑斑，这个大风暴约是木星大红斑的一半，但也容得下整个地球。海王星亦有如土星的环，只是此环比天王星更细小 。

由冰粒形成的木星环及土星环看起来非常明亮，但天王星竹环是由碳粒石或岩石粒形成的，所以非常暗淡，海王星和冥王星是离太阳最远的两颗行星，平均距离分别为45亿公里和59亿公里。海王星是一个巨大的气体行星，有小的石质核心，周围由液态与气态的混合体所组成。大气层内的云有显著的特微，其中最明显的是大黑斑，如地球般宽，还有小黑斑与速克达。大、小黑斑都是巨大的风暴，以每小时2000公里的速度吹遍整个行星。速克达是范围很广的卷云。海王星有四个稀薄的环和8颗卫星。崔顿是海王星最大的卫星，也是太阳系中，最冷的星体， 温度在摄氏零下235度。有别于太阳系中大部分的卫星，崔顿是以海王星自转的反方向来绕其母行星运行。

海王星的四个又窄且暗细环，这环被造成原因是由微小的陨石猛烈的撞击海王星的卫星所造成灰尘微粒而形成。

冥王星的小档案：

平均日距 5,913,520,000 km (395 AU)

直径 2340 km

质量 132e22 kg

密度 203 gm/cm

重力

公转 2477 地球年

自转 639 地球天

冥王星是太阳系第九颗行星，也是最后一颗行星，冥王星实在太远太小了，比我们的月亮还小，比月亮还远一万三千多倍远，以致于用再好的光学天文望远镜也无法很清楚的看清它的表面，除非太空船能接近，否则无法解开冥王星之谜，目前仅知冥王星有一个卫星，而冥王星之外是否还有其他的行星，则是科学家正在研究之事，仅有间接证据显示，我们这个太阳系似乎还第十颗行星，不过愈来愈多的证据显示，海王星之外并没有其他的行星存在，在海王星之外可能是为数不少的小星体，称之为库伯带天体，冥王星可能也是其中之一冥王星(Pluto)在平时是距离太阳最远也最小的行星，但因为它的轨道是椭圆形的，所以在它248年的公转期间内，有20年会叉入海王星轨道的内侧；但冥王星的公转面与黄道面呈十七度的倾斜，因此不会有相撞的可能。冥王星是如此的小又远，我们对它所知也就有限。它是一个石质行星，表面可能盖冰和冰冻的甲烷。

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人们对璀璨银河的好奇自古有之，但对银河系的真正认识还是从近代才开始的。“恒星天文学之父”赫歇尔（Herschel，Friedrich Wilhelm，英国，1738－1822）等人最早对银河系恒星开展了系统的光学观测，并绘制出银河系的扁平结构。

随着观测设备、技术方法的不断进步，天文学家通过多波段的巡天观测认识到银河系是一个典型的棒旋星系，由上千亿颗恒星组成，总体结构大致由银盘、核球和晕组成。扁平的银盘结构作为银河系的重要组成部分，蕴含着星系中绝大部分的恒星、气体和尘埃，一直是天文学家研究的重点。

恒星盘分为厚盘和薄盘，标高分别约为1000光年和400光年。厚盘由年老恒星组成，占银河系恒星总质量的10%；薄盘中则多为年轻恒星，且富含气体和尘埃。

银河系的成分示意图。 图源：https://astronomyswineduau/cosmos/T/thick+disk

“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”

由于太阳系位于距离银河系中心约27万光年的银盘边缘，我们很难窥探银河系的全貌。尤其是天体精确距离信息的缺乏，导致对银河系的认识有很大的不确定性。

“梅须逊雪三分白，雪却输梅一段香。”

不同波段、不同示踪物对银河系的观测各有其特色和局限。比如光学望远镜对银盘上恒星的观测，由于银盘上大量尘埃的遮蔽，降低了光的穿透力，导致很难对位于气体和尘埃云后面的恒星分布进行深入研究。因此，天文学家也积极寻找可见光波段以外的观测手段。

得益于第二次世界大战发展出的雷达技术和战后退役的天线，天文学家开始了射电波段的天文观测，射电天文学也从那时兴起。射电波段的波长远大于尘埃颗粒的尺寸，因此其电磁波在星际空间传播时几乎不受到星际尘埃的影响，穿透力更强。

20世纪50年代，奥尔特（Oort，Jan Hendrik，荷兰，1900－1992）等人开始使用中性氢（HI）21厘米射电谱线对银河系内的原子气体进行研究。这些HI射电谱线所提供的观测目标速度信息对研究银河系气体的分布和性质至关重要。他们根据HI原子气体辐射在银盘一些区域增强的特性 首次从气体观测的角度揭示了银河系的漩涡结构 。

那么，银河系中气体是否像恒星一样具有盘状分布？如果是，银河系的气体盘到底有多厚？气体盘是平直分布还是有其它特殊的结构特征？这些气体物质分布的物理规律是什么？这些问题值得不断 探索 。

使用速度弥散较小的分子云作为示踪物，能够比原子气体更好地揭示银河系气体分布和结构。20世纪70年代，随着星际一氧化碳（CO）分子的发现，对银河系内的分子气体系统的巡天观测逐步展开。美国CfA 12米望远镜完成了迄今覆盖面积最大的银河系CO气体巡天。结合原子气体和分子气体巡天数据，天文学家对银河系气体的分布和性质有了基本的认识：不同于银河系恒星盘更加延展的分布，由原子和分子谱线示踪的气体结构似乎完全局限在薄薄的银盘上。总的来看， 恒星盘分布最广也最厚，原子气体盘次之，分子气体盘又次之。

在内银河系（太阳绕银河系中心运动的轨道以内），分子气体盘虽然在垂直银盘的方向表现出一定的波动，但总体上是平直的，其厚度只有大约300－400光年。到了外银河系，分子气体盘逐渐变厚，其厚度可以达到1000－1300光年以上，并且有与恒星盘和原子气体盘类似的翘曲结构。

最近，基于紫金山天文台137米毫米波望远镜的“银河画卷”（The Milky Way Imaging Scroll Painting，MWISP）高灵敏度北天银道面CO巡天有了新发现： 内银河除了有一个已知的厚度约为300光年的分子气体薄盘外，还存在一个厚度是薄盘近3倍（约900光年）的分子气体厚盘，由许多相对孤立、低质量、非引力束缚的暗弱小分子云组成。

这些不起眼的小分子云由于尺度太小而且辐射太微弱，以至于在之前的CO巡天观测中成了漏网之鱼。同时，如果巡天范围不够大，也无法在较高的银纬上发现它们。更何况，还有距离不确定的困难！

距离的问题是用一个巧妙的 切点法 来解决。我们知道气体是围绕银河系中心以一定速度旋转的，且内部快，外部慢。从我们所在的观测位置看过去，内银河切点位置云块速度应为极大值，可以由三角函数关系来确定其距离，并进而计算出所研究对象与银道面的垂直距离。

切点法确定几何距离示意图

有了精确的距离信息，我们就可以通过CO辐射的强度来估算这些分子云的质量。最后，我们把这些远离银盘的小家伙们全部收集起来进行统计。结果有点出人意料：由这些小云组成的银河系分子气体厚盘的总质量竟然有近1亿倍太阳质量，至少占内银盘分子气体总质量的10%。离银河系中心的距离越远，分子云间的速度弥散也越小，即它们的相对运动速度减弱——这可能是受银盘上的恒星活动调制的结果。

有趣的是，新确认的分子气体厚盘的标高与之前HI巡天发现的原子气体盘的标高基本相当，表明二者有紧密的联系——即分子云形成于原子云中。这些厚盘分子云的速度弥散较大，表明其湍动比较大，处于不稳定状态，可能正在瓦解，也可能正在快速形成。

银河系分子气体薄盘和厚盘示意图 | 背景图源：HI4PI

包括盘、核球和晕在内的银河系的总质量约有1万亿太阳质量，其中绝大多数是暗物质，而重子物质只占其中的7%左右。这些重子物质主要集中在银盘上，其中90%的质量是恒星，剩余10％的质量则是由气体和尘埃贡献的。虽然新揭示的分子气体厚盘的质量只占银盘总质量的01%左右，但却为我们更好地理解银河系的物质分布提供了一个新的视角。

然而，新的问题也接踵而来。分子气体厚盘是怎么形成的？厚盘上分子云未来的命运又会如何？厚盘和薄盘以及其它盘成分有怎样的联系等等，有待进一步观测研究给出答案。就像古希腊哲学家芝诺所说：人们的认知是一个圆圈，每当我们把知识的疆界扩大，却又会接触到更多的未知。

作者简介

苏 扬 中国科学院紫金山天文台副研究员，研究方向：银河系气体分布与性质研究。

轮值主编：赵海斌