银河系直径20万光年，光都要走20万年，人类是怎样测量出来的？

当我们抬头仰望星空时，我们所看到的是一片无尽的宇宙。在这无垠的星海中，我们的家园——银河系只是其中的一粒尘埃。银河系的直径约为20万光年，这意味着光需要花费20万年才能穿越整个星系。我们是如何得知这一令人震惊的数字的呢？

1. 视差法：测量星星的移动

视差法是一种最基本的测量天体距离的方法，它利用了地球在围绕太阳旋转时，观察同一颗星星的角度会发生变化的原理。这种方法可以用来测量离我们相对较近的星星的距离。

在公元前2世纪，古希腊天文学家埃拉托斯特尼斯首次使用视差法测量了地球到太阳的距离，并计算出了地球到恒星的距离的大致比例。由于银河系的尺寸巨大，我们需要找到一种方法来测量更远的星星的视差。

2. 脉冲星：高精度的时间标准和距离指标

1967年，剑桥大学的研究生约瑟琳·贝尔发现了一种被称为脉冲星的新型天体。脉冲星是由爆炸的恒星残骸——中子星构成的，它们的旋转速度非常快，并且可以发射出极为规律的脉冲辐射。

脉冲星的一个关键特性是它们可以作为极其精确的时间标准。这是因为它们的脉冲周期极其稳定，可以保持在几亿年的误差范围内。因此，当科学家们观测到脉冲星的脉冲周期发生微小变化时，他们就可以利用这些信息来计算脉冲星与我们的距离。

通过这种方法，科学家们发现了许多脉冲星，并且成功地测量了它们到我们的距离。其中，由安东尼·休斯顿领导的团队在1974年发现的毫秒脉冲星PSR B1913+16就是这样一种天体。通过仔细分析PSR B1913+16的脉冲周期变化，休斯顿团队得出了该脉冲星与地球的距离约为1.4万光年的结论。这个结果为后来测量银河系大小奠定了基础。

3. 三角视差法：测量银河系的大小

到了80年代，科学家们开始利用三角视差法来测量银河系的大小。这种方法的基本思想是利用地球在公转轨道上的位置变化，观测同一颗脉冲星在不同时间的位置，从而计算出这颗脉冲星与我们的视线之间的角度变化（即视差角）。

在1985年，休斯顿及其团队利用当时已知的24颗脉冲星的数据，首次尝试使用三角视差法测量银河系的直径。他们发现银河系的直径约为5万光年。这个结果比之前通过其他方法得到的结果要大得多，但是科学家们知道这还远远不是银河系的完整尺寸。

4. 大规模脉冲星观测：揭示银河系的真面目

为了获得更准确的银河系尺寸数据，科学家们开始进行大规模的脉冲星观测计划。这些计划包括英国的PPMXL项目、美国的NANOGrav项目、以及欧洲的EVN项目等。在这些项目中，科学家们收集了大量的脉冲星数据，并使用高级统计方法分析这些数据以提取有用的信息。

通过这些努力，科学家们逐渐揭示了银河系的真面目。2019年，一项发表在《自然》杂志上的研究报告称，通过结合数千颗脉冲星的数据，研究人员得出了银河系的直径约为20万光年的结论。这个结果与之前通过视差法得到的结果相差无几，但精度大大提高。

这项研究表明，银河系的形状类似于一个扁平的圆盘，它的直径大约是其厚度的10倍。此外，研究人员还发现银河系的自转速度正在逐渐加快，这可能是由于银河系内部的暗物质分布不均匀所导致的。