银河系究竟有多大？

如何测量星系?这是天文学挑战，特别是称之为家的星系。事实证明，有几种方法可得知银河系的质量，最近发表于 arXiv 预印本网站的研究总结方法，以提供最佳解答。

之一是观察星系恒星运动。多数银河系恒星以圆形轨道围绕银河系中心运行，如同行星绕着太阳转，恒星也绕着星系中心转。由于引力使恒星保持在轨道，可用恒星速度和离星系中心的距离确定轨道内质量。接着可画出已知恒星的速度和与中心的距离，得到所谓旋转曲线（rotation curve）。银河系和其他星系这条曲线测量是第一个证明星系质量远远超过可见恒星能解释的证据，引出暗物质概念。

旋转曲线法的问题是，只能测量离星系中心一定距离的恒星。现在知道银河系大部分质量并不在中心，而是向外延伸成银晕（galactic halo）。能从旋转曲线估计银晕质量，但也能观察球状星团运动。球状星团是明亮密集的星团，由于内部恒星受引力束缚，这些星团就像个体在星系周围运动。它们位于银河系周围的球体，因此测量运动有助测量银晕质量。

为了测量银晕外围区域，可观察卫星星系运动，如麦哲伦星云。距离银河系140万光年内，约有60个小星系，由于位于银晕之外，轨道运动是由银河系质量决定。这种方法唯一的缺点是，只有几十个轨道星系，结果不会太准确。

以上这些方法都是透过轨道运动计算银河系质量。然而有些方法不靠轨道运动，如观察矮星系的潮汐流（tidal plumes）。有些球状星团和矮星系离银河系中心太近，被潮汐力撕裂。这些星系的残余物形成恒星流，如人马座流（Sagittarius stream）。藉由计算这些恒星流运动，可以估计星系的质量。

另一种方法是观察离开银河系的恒星。偶尔一颗恒星会与另一颗恒星擦肩而过，进而获得足够速度逃离银河系。由于逃逸速度取决于星系质量，逃逸恒星统计测量可获星系质量。

最后，查看本地星系群，包括仙女座星系及卫星星系。本星系群在引力作用下与更遥远的星系团隔离，所以观察本星系群平衡状态可了解整体质量和银河系的质量。

每种方法都有优缺点，研究小组统计各种方法平均值，得出银河系质量的最佳值为1兆太阳质量。