对银河系认识的演变
其实在赫歇尔之前，也还有一些别的人想过银河到底是怎么回事。英国有一个天文学家叫赖特，他想象宇宙是一个球，在这个球上星的分布是不均匀的，在球上的一条带上，恒星比较聚集，而球的中间，就是我们地球。1750年，他发表了一篇论文。但是5年以后，哲学家康德不同意赖特的这个观点。他有另外一个想法，他说这些行星组成的一个系统，就好像现在扔的铁饼，如果我们处在铁饼中心，我们向着铁饼盘面的四周方向看，恒星就应该很密集，但是向着铁饼盘面的上方和下方看，星就应该少。所以康德不同意银河系是一个圆球状分布的带，而认为银河系是像铁饼形状的一个带。但这毕竟是一个哲学家的思考，哲学家思考是要靠推理的，这个推理非常有道理。
于是赫歇尔就来分析他们谁说的对。天文学家的工作跟哲学家的工作不一样。哲学家靠推理，天文学家靠观测，而且这个观测做得非常笨。什么意思呢？
他得数天上的星星。城市里灯光多，我们看不见几颗星，大家如果数星星的话，很容易数清楚。但是到了一个很黑暗的地方，你就数不清了，因为星星太多了。
赫歇尔的工作是用望远镜来数星星。大家知道，在望远镜里看到的星星太多，那么赫歇尔数了多少颗星星呢？17万多颗，真是一个非常辛苦的工作。这项工作他做了很多年，他把天空划分为300多个区，然后来数每个区有多少星。这样计算出来以后，他就可以构建一个银河系的模型。赫歇尔构造出的银河系模型，长度跟宽度的比应该是4颐1。在这个银河系中，太阳在银河系中心附近。
到了1785年，人类真正对银河的认识有了突破，“银河”从河流这个概念变成了一个星系——恒星所组成的一个系统。对银河系的认识过程挺不容易，从一个美丽的传说到真正变成一个恒星的系统，中间经过了2000多年。
银河系的“旋臂”
地球上的人类认识银河系其实是比较困难的，为什么呢？改用一句苏轼的诗来说就是“难识银河真面目，只缘身在此河中”。因为我们自己在银河系里，所以认识银河系是很困难的。例如，我自己是一个智能的红细胞，我在身体里可以随着血液去循环，我作为智能的红细胞，可以认识人身体中的器官。但是，这个人的外貌是什么样？我说不出来，因为我在人的身体里，只是一个红细胞而已。人类现在认识银河系的困难也在这里，我们自己在里面，不知道它是什么形状。我们看到的河外星系，即其他的星系，也是旋涡状的，那么我们就可以来反推自己的银河系也是一个旋涡状的星系。那么银河系有多大呢？直径大概是10万光年。
太阳距离银河系的中心是27000光年。银河系的主要结构是核心，叫做银心，银心以外是银盘，也就是刚才我们说的盘面的结构。银盘的直径是10万光年。
银盘的外围叫银晕。
此外，银河系是有旋臂的。什么叫旋臂？银河系的盘的结构不是像铁饼那么一个板块，而是旋涡结构。如果我们自己在银河系里要想看到旋臂的话，那是非常困难的。大家在晚上都看到过银河，把看到的银河想象成一个恒星系统已经是比较困难了；如果还想在银河里找到旋臂的话，那就更困难了。为什么呢？因为我们的银河系里还有看不见的暗物质，它挡住了光，所以看不见。这时候要想认识后面的星，就很困难。但是这难不住天文学家。有很多聪明的天文学家，他们看到在别的星系里，也有这样的旋涡星系。那么旋涡星系的旋臂上是一些什么星呢？是一些蓝颜色的很热的星，而这些星只在旋臂上出现。这样天文学家就受到启发，他们观测银河系里那些温度特别高的星，就是发蓝、发白的星。观测的结果就是找到了旋臂。但是，人们找到旋臂已经是1951年以后了，所以认识银河系其实是在20世纪才有了比较大的进展。
银河系“旋臂”产生的原因
20世纪50年代出现了射电天文学，射电天文学就是用无线电望远镜来接收来自天体的无线电波。接收了无线电波，就可以分析天体的情况了。往银河系的旋臂上发射一种特别的无线电波，波长是21厘米。如果有一个射电望远镜，能观测21厘米的波段的话，就能解开银河系旋臂之谜。经过天文学家的观测，证实光学的观测是对的。于是人们认识到，银河系其实和别的旋涡星系一样有旋臂。在20世纪20年代，科学家还观测了很多旋涡星系。
这个时候就提出了两个问题—第一个问题，这些旋涡星系是在银河系里，还是在银河系之外？第二个问题，我们观测到的这些旋涡星系基本上都不在银河附近，而是在离银河比较远的地方，这是为什么？天文学家沙普利解释说，这些星云其实都在银河系里。
但是，美国天文学家柯蒂斯不这么认为，他认为这些旋涡星系一定是离银河系比较远的，于是他就重点观测了仙女座星云。当时柯蒂斯估计，仙女座星云有50万光年，而银河系大小是10万光年左右，因此50万光年肯定在银河系之外了。但是沙普利不同意，这一场辩论，在天文学上叫做“伟大的辩论”。为什么叫“伟大的辩论”呢？太阳不是银河系的中心，而银河系在众多的星系里，也是一个很普通的旋涡星系。所以这样一个结果意味着不但太阳不是银河系的中心，而且银河系也绝不是宇宙的中心。这样大家就明白了，其实我们生存在一个很大的恒星系统里，这个恒星系统叫做银河系。但是这个银河系其实在宇宙中还是一个很普通的星系。
那么银河系这个旋涡星系为什么会有旋臂？有一种理论认为，在银河系里有一种密度波，而旋臂就生存在密度波密集的时候，即密集的波传到旋臂的时候，就形成了恒星密集的旋臂。实际上太阳有时候就在旋臂里，有时候又出去了。那么有没有观测证据呢？是什么样的观测证据呢？我们知道太阳系中有八大行星，那么八大行星中间的空隙里是什么？我们过去认为是行星际物质。当太阳在银河系的旋臂里穿梭的时候，银河系旋臂里的那些物质就会进入到太阳系。因此我们在太阳系里发现很多不是太阳系的物质，即行星际的物质。太阳在旋臂里有时候穿进去，有时候穿出来，这个就叫做密度波理论。
密度波理论可以很好地回答为什么会形成旋臂。但是旋臂还有一件非常有意思的事情——旋臂是银河系里新的恒星诞生的摇篮。每年，银河系都会有新的恒星生成，老的恒星死去。每100年至少会有一颗星老化，但是新生的星每年就会有10颗左右。那么这样一些新生的星出现在什么地方呢？就出现在银河的旋臂上。为什么呢？因为密度波走到旋臂的时候，它压缩星系的物质，使得恒星的形成成为可能。
银河是“静”是“动”
我们知道，太阳在银河系里有运动。那么银河本身有没有运动呢？我们需要靠观测事实来说话。当我们观测恒星的时候，会有一些新的发现。我们观测了很多星的运动，其中在天空横的方向上的运动叫做自行。还有一种运动，是在我们视线方向上的运动。比如—一辆汽车与观测者的视线方向是一致的，就很难估计它的距离和速度，也就是汽车迎面而来，或者背向而去的时候，看不出它走得多快。但是向着我们视线方向的运行也有办法来观测。什么办法呢？常常在外旅行的人有这样一个经验，坐火车的时候，如果前方有一列火车迎面而来，这列火车的声音就会越来越尖锐。当两列火车互相离开的时候，声音就会越来越钝。也就是说，运动的两列火车发出声音的频率会有变化。
同样的道理，在观测一颗恒星的光的时候，我们把光分解成光谱。在观测光谱的时候我们发现，谱线会有一种运动，谱线的运动就会表示出光的频率的变化。当一颗星接近我们的时候，谱线会发蓝颜色的光，向更蓝方向走一点。
当它背向我们去的时候，谱线向红的方向走一点。这种速度我们叫做视向速度。
经过了很多年天体运行速度的各种分析以后，我们发现其实银河系是在转动的。
在太阳附近，银河系转动的速度达到每秒220千米，这是一个很高的速度。大家想一想，我们发射一个人造卫星，只要每秒8千米的速度它就可以围着地球转了。但是太阳所在银河系这一部分的旋转速度，是每秒220千米。地球围着太阳转，金星、火星、木星、土星都在围着太阳转。在描述行星围绕太阳运动的时候，有一个规律，叫做开普勒定理。符合开普勒定理的一种运行是随着距离的不同速度也不同。但是银河系自身的旋转，既不是一个刚体的运行，铁板一块，又不像太阳系里行星围绕太阳的旋转形式，而是在不同的地方运动的速度不一样，为什么呢？太阳系的天体在运行的时候，围绕的中心是太阳。太阳离银河系的核心还有27000光年，在这27000光年的距离内还有很多的星，这些星的质量都会汇聚到银河系中心来计算。而这些星是不断运动的，所以银河系核心部分的质量在不断地变化。它们之间的速度互相制约，比较复杂。即银河系是由恒星构成的一个庞大的集团，它至少有1000多亿颗星，还在不断地旋转，而这种旋转随着距离银河系核心部分远近的不一样，旋转的速度也不一样。
以上证明了银河系在旋转，银河系本身是一个旋涡星系，它有很多旋臂，旋臂非常有意思，是银河系里恒星诞生的场所。
银河系中心是否存在黑洞
银河系的核心还是比较大的。我们需要观察银河系核心，不妨在夏天沿着人马座方向看。夏天，看南方天空就可以找到人马座。那个地方非常亮，这就表示那个地方是银河系的中心。银河系中心应该有一个比较大的黑洞，为什么呢？黑洞本身的质量非常大，引力也非常大，它可以把外面的物质吸进去，且只进不出。因此银河系中心，应该有这么一个庞大的黑洞来维持银河系庞大的引力。那么有什么证据来证明银河系核心有黑洞，而且是一个比较大的黑洞呢？在银河系的核心部分，我们可以观测到强烈的X线辐射，而且红外辐射也特别强。因为，当物质高速旋转接近黑洞，被黑洞吞掉的时候，由于运动的速度非常高，就会辐射X线。所以人们设想，银河系的核心应该也有一个黑洞。
在浩瀚的苍穹中，黑洞好似一个吞噬一切的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再也无法逃脱。它虽然是隐形的却吸引力无穷，就连光线也不放过。近来，有科学家称，银河系中心有巨大黑洞。它，会不会将我们也吞噬了呢？
银河黑洞曾经是一个很有争论性的议题。近来天文学家通过使用欧洲南天巴拉那天文台的一部极大望远镜，以及一部简称为NACO的高性能红外相机进行观测，发现我们银河系的中心，藏着一个质量超过200万个太阳的黑洞。
观测过程中，天文学家耐心地追踪一颗编号为S2的恒星运动。这颗恒星距离银河中心大约只有17光年，或者说是冥王星轨道半径的3倍距离，以5000千米/秒的速度绕银河中心公转。结果证明，恒星S2是在一个不可见天体强大的重力作用下运动，而这个天体极端细小且致密，换句话说是一个超大质量的黑洞。
天文学家观察发现，宇宙爆炸产生的一个黑洞目前正在以比其周围的星球高出4倍的速度穿过银河系，这也同时证明了黑洞的确是超新星爆炸后产生的后代。该黑洞至少距离地球有6000光年，目前的大致方向是朝着地球飞来，但近期不会对地球构成威胁。因此，未来5年间，人类有望更近距离地接触黑洞，这将成为对爱因斯坦广义相对论的一个检验。
这是人类发现的第一个在银河系内部快速飞行的黑洞。一颗人类可以观测到的星球每2.6天绕黑洞飞行一周，黑洞从这颗星球中吸取养料。
根据黑洞理论，黑洞是由大质量的恒星坍缩形成的。此时原来构成恒星的物质集中于一“点”，其密度趋向无限大，以至于光都无法逃脱它的引力。因此从外界看，这种天体是全黑的。由于黑洞的这一特点，使得天文学家寻找黑洞的工作十分困难，天文学家只能根据黑洞能够剧烈地“吞噬”它附近的天体这一性质确定其存在。
通常黑洞有三种类型，一种是位于星系中央的“超级黑洞”，另一种是恒星级的黑洞，其质量大概有数十个太阳左右，还有是介于两者中间的“中等质量黑洞”。那些规模较大的黑洞主要形成于大型的星系中间，这次发现恒星黑洞大多是在大型星球爆炸时产生的。星球爆炸时大多数物质会被炸飞，但如果留下的物质足够大，是太阳的3~15倍，那么它们就会形成黑洞。
天文学家在研究距离太阳系2.6万光年的人马座A星时发现，其发出的射电波信号虽然能穿透尘埃，却要受到星际等离子体介质的散射影响。
为此，天文学家连续守候20个月等待最佳天气条件，一举揭开其神秘面纱。这个隐藏在宇宙中的“暗物质”至少是太阳质量的40万倍，而直径却仅与地球轨道半径相当，运动速度更是只有8千米/秒，完全符合“超级黑洞”的特征。因为NACO相机能够追踪非常靠近银河中心的恒星，所以它能很精确地测出中心黑洞的质量。除此之外，随着天文学家继续观测恒星如何绕着超大质量的黑洞运行，也可以为严格检验爱因斯坦仪相对论提供依据。
天文学家第一次看到距离黑洞中心如此近的区域，对人马座A星周围的恒星轨道运动研究显示，这一区域的质量甚至相当于约400万个太阳。而且，这一区域的引力都非常强大，根本不可能有恒星存在。通过分析这些恒星团的特点，天文学家们指出，在它们的中心区域同样也存在着一个黑洞，但其尺寸要小得多。
天文学家认为，大型黑洞可能是通过自身强大的引力将恒星团“拽”到了自己的附近。不过，天文学家们同时也指出，要证明这一理论，以目前的科学水平几乎是不可能的。现在唯一可以明确的是，新发现的恒星团与可能导致被黑洞吞噬的“危险区域”之间仍有相当的距离。
科学家们认为，位于这一潜在黑洞附近的恒星团具有非常高的运行速度，使得其可以避免距离黑洞过近。据测算—恒星团的运动速度大约为850千米/秒。
相信随着科技的发展，人类对银河系中心黑洞的奥秘会得到越来越多的发现。
银河系为什么会弯曲
银河系是一个巨大的、由数千亿颗恒星组成的星系。它的中心部分凸出，像一个很亮的圆盘，直径约为2万光年，厚1万光年，平均宽度约为20光年。