銀河系究竟有多大？

如何測量星系？這是天文學挑戰，特別是稱之為家的星系。事實證明，有幾種方法可得知銀河系的質量，最近發表於 arXiv 預印本網站的研究總結方法，以提供最佳解答。

之一是觀察星系恆星運動。多數銀河系恆星以圓形軌道圍繞銀河系中心運行，如同行星繞著太陽轉，恆星也繞著星系中心轉。由於引力使恆星保持在軌道，可用恆星速度和離星系中心的距離確定軌道內質量。接著可畫出已知恆星的速度和與中心的距離，得到所謂旋轉曲線（rotation curve）。銀河系和其他星系這條曲線測量是第一個證明星系質量遠遠超過可見恆星能解釋的證據，引出暗物質概念。

旋轉曲線法的問題是，只能測量離星系中心一定距離的恆星。現在知道銀河系大部分質量並不在中心，而是向外延伸成銀暈（galactic halo）。能從旋轉曲線估計銀暈質量，但也能觀察球狀星團運動。球狀星團是明亮密集的星團，由於內部恆星受引力束縛，這些星團就像個體在星系周圍運動。它們位於銀河系周圍的球體，因此測量運動有助測量銀暈質量。

為了測量銀暈外圍區域，可觀察衛星星系運動，如麥哲倫星雲。距離銀河系140萬光年內，約有60個小星系，由於位於銀暈之外，軌道運動是由銀河系質量決定。這種方法唯一的缺點是，只有幾十個軌道星系，結果不會太準確。

以上這些方法都是透過軌道運動計算銀河系質量。然而有些方法不靠軌道運動，如觀察矮星系的潮汐流（tidal plumes）。有些球狀星團和矮星系離銀河系中心太近，被潮汐力撕裂。這些星系的殘餘物形成恆星流，如人馬座流（Sagittarius stream）。藉由計算這些恆星流運動，可以估計星系的質量。

另一種方法是觀察離開銀河系的恆星。偶爾一顆恆星會與另一顆恆星擦肩而過，進而獲得足夠速度逃離銀河系。由於逃逸速度取決於星系質量，逃逸恆星統計測量可獲星系質量。

最後，查看本地星系群，包括仙女座星系及衛星星系。本星系群在引力作用下與更遙遠的星系團隔離，所以觀察本星系群平衡狀態可了解整體質量和銀河系的質量。

每種方法都有優缺點，研究小組統計各種方法平均值，得出銀河系質量的最佳值為1兆太陽質量。