星系

    宇宙中最大、最美丽的天体系统就是星系，也就是恒星系。它们就像是宇宙这个浩瀚海洋中的岛屿。天文学中，把由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的天体系统称为“星系”。星系的空间距离足有成千上万亿光年。银河系就是星系的一个组成部分。

    天文学家们经过不断地努力，观测到的星系已经有好几万个了。但因为距离地球太遥远，它们看上去不像银河系那么壮丽，即使是借助天文望远镜，它们看上去也只像是朦胧的云雾。离银河系最近的星系大麦哲伦星云和小麦哲伦星云离银河系也有十几万光年。我们将银河系之外的星系称为“河外星系”。

    最初，星系被归到星云（由气体和尘埃组成的云雾状天体）之中，直到1924年，天文学家准确测定了仙女座星云（严格说来，应该是仙女座河外星系）的距离之后，星系才正式被确定。

    现在，人们已经观测到宇宙中大约一千亿个星系，有的离我们比较近，能清楚地观测到它们的结构，有的离我们比较远。所知的星系中，离我们最远的有将近一百五十亿光年。

    星系是受到重力束缚的大质量天体系统。从只有数千万颗恒星的矮星系到有上兆颗恒星的椭圆星系，都在环绕着质量中心运转。除单独的恒星和稀薄的星际物质之外，大部分星系都有数量庞大的多星系统、星团以及各种不同的星云。

    从大尺度上来看，星系的分布接近均匀；但从小尺度上来看，星系的分布则很不均匀。如大麦哲伦星系和小麦哲伦星系组成双重星系，同时又与银河系组成三重星系。

    在能观测到的宇宙中，星系的总数可能超过一千亿个以上，大部分的直径在1000秒至100000秒差距，彼此间的距离则是百万秒差距的数量级。星系际空间（星系之间的空间）中充满了极为稀薄的电浆，平均密度小于每立方公尺一个原子。星系大多会组成更大的集团，成为星系群或团，然后又会聚集成更大的超星系团，而这些更大的超星系团一般被称为“薄片”或“纤维”，围绕在宇宙中巨大的空洞周围。

    观测的数据显示，星系的核心中存在着超重黑洞，即使不是全部的星系，也是绝大多数。这些超重黑洞被认为是造成一些星系有着活跃核心的主因。与我们关系最亲密的银河系的核心中看起来也至少隐藏着一个超重黑洞。

    我们知道，星系内部的恒星在运动，而星系本身也是自转的，且整个星系也在空间运动。传统的理论认为，星系的自转在顺时针和逆时针两个方向上的比率基本是相同的。但由一个星系分类的分布式参与项目的观察结果可看出，逆时针旋转的星系更多一些。

    星系按形状（人类视觉上的形状）主要分为椭圆星系、螺旋星系和不规则星系三类。星系的质量一般在太阳质量的100万到1兆倍之间。不同类型的星系的大小有很大的差异。椭圆星系的直径在3300光年到49万光年之间；漩涡星系的直径在1．6万光年到16万光年之间；不规则星系的直径约在6500光年到2．9万光年之间。

    在人类的视觉上，椭圆星系就是不管在视线的任何角度都有着椭圆形外观的星系。看上去它们没有任何结构，相对来说星际物质的成分很少。通常来说，这些星系中会有少量的疏散星团和新形成的恒星，大多是已经成熟的、“老年的”、以各种不同方向环绕星系中心的恒星。

    经过观测，大部分的星系都是椭圆星系。多数椭圆星系是由星系的交互作用、碰撞、合并而产生的，它们的体积能成长得极大（与螺旋星系相比较）。巨大的椭圆星系经常出现在星系群的中心区域。巨大椭圆星系的形成可能是星爆星系的结果，而星爆星系产生于星系碰撞。

    螺旋星系在视觉上呈圆盘形状，有弯曲尘埃的螺旋臂。与恒星一样，星系的螺旋臂也绕着中心旋转，而与恒星不同的是，旋涡臂旋转的角速度并不是常数。这就意味着恒星会穿越过螺旋臂，螺旋臂是高密度区或密度波。当恒星进入螺旋臂，就会减速，所以能创造出更高的密度。螺旋臂之所以能被看见，是因为高密度促使恒星在此诞生，这就说明，螺旋臂上有许多明亮而年轻的恒星。

    螺旋星系可分为正常漩涡星系和棒旋星系两种。

    漩涡星系一般会有一个笼罩整体但结构疏松的星系晕。其中的主要部分是星族Ⅱ天体，典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系中，往往会随机散布着100个～300个球状星团。漩涡星系的质量约是太阳的十亿到一万亿倍。

    棒旋星系的中心呈长棒形状。螺旋形星系的中心通常是有圆核的，而棒旋形星系的中心是棒形状，两边还有旋形的臂向外伸展。银河系就是一个有巨大星系盘的棒旋星系。

    顾名思义，不规则星系就是外形不规则或异常的星系，没有明显的核和旋臂，没有盘状对称结构或者看不出有旋转对称结构。这通常是受了邻近星系影响的结果。邻近星系间相互作用，也许会导致星系合并，也许能造成大量恒星的产生，成为我们上面提及过的星爆星系。在天空中最亮的星系中，不规则星系只占5％。

    星系的形成和演化向来都是众说纷纭。有的理论认为，星系是在一次发生于数亿年前的宇宙大爆炸中形成的。有的理论则认为，星系是由宇宙中的微尘形成，宇宙原本有大量球状星团，但由于相互碰撞而毁灭，只剩下微尘，微尘经过组合形成了星系。

    而按照宇宙大爆炸理论，第一代星系大约形成于大爆炸后的十亿年。

    在宇宙诞生的最初瞬间，有一次原始能量的爆发，随着宇宙的膨胀和温度的下降，引力开始发挥作用，宇宙开始进入到一个被称为“暴涨”的阶段。这个阶段极为短暂，原始能量分布中的微小涨落在短暂的时间中，从微观尺度急剧放大，从而形成了一些“沟”，星系团沿着这些“沟”而形成。“暴涨”阶段转瞬即逝后，宇宙又回到了现在所看到的这样通常的膨胀速率。

    另一方面，在宇宙诞生后的第一秒，随着宇宙的膨胀和冷却，在能量比较聚集的区域，大量的质子、中子和电子从背景能量中出来。一百秒后，质子和中子开始结合，形成氦原子核。在两分钟内，构成自然界所有原子的成分也都产生出来。在经历约三十万年后，已冷却的氢原子核和氦原子核足以俘获电子，原子形成。原子在引力作用下，缓慢地聚集成巨大的纤维状的云，不久星系就形成了。

    大爆炸发生后十亿年，氢云和氦云在引力作用下开始集结成团。随着云团的成长，原星系开始形成，因为那时的宇宙还比较小，各个星系之间靠得比较近，相互之间的作用也比较强。于是，在稀薄而体积较大的云中就凝聚出一些较小的云，其余的部分则被邻近的云吞并。

    与此同时，原星系因氢和氦的不断加入而逐渐增大，质量越变越大，吸引的气体也越来越多。云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使原星系开始缓慢自转。

    因受到引力的作用，云团坍缩，一些自转较快的云团形成了盘状，另一些则大致成为椭球形。

    原始的星系在获得足够的物质之后，其中就开始形成恒星。那时的宇宙面貌与今天的已经差不多了。星系像海洋中的群岛那样聚集，镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中，这样，星系团和星系际气体就伸展成为纤维状结构，其长度可达数亿光年。而大尺度的星系群集在广阔的空问中，呈现的就是球形。

    天文小知识：

    星系、星团、星云之间有什么区别？

    如果将星系比喻成茫茫的宇宙海洋中千姿百态的岛屿，那么居住在上面的就是无数颗恒星和各种天体。我们的地球是银河系这个巨岛中的行星。在银河系之外的宇宙中，像银河系这样的宇宙巨岛还有上亿个，它们被统称为“河外星系”。

    银河系众多的恒星中，有的以单个的形式出现，有的以双星、聚星的形式出现，也有的以更多的星聚集的形式出现。恒星数超过10颗以上，彼此之间有一定联系的恒星集团就是星团。这些恒星团结在一起靠的是引力。星团的成员可多达几十万颗。星团可分成疏散星团和球状星团两类。

    星云是由星际空间的气体和尘埃组成的一种云雾状天体，它的物质密度非常低。如果用地球上的标准来衡量，有些地方几乎就是真空。但星云的体积非常庞大，常常达方圆几十光年。所以，它通常比太阳要重得多。星云的形状很多，有的不规则，呈弥漫状，也没有明确的边界，称为弥漫星云；有的像一个圆盘，发出微弱的光，很像一个大行星，被称为行星状星云。

    银河系

    夜晚，不受灯光的干扰，我们能在夜空中看到一条弥漫的光带。这条光带就是我们置身其内而侧视银河系时，所看到的它布满恒星的圆面——银盘。

    银河系由两千多亿颗恒星、数千个星团和星云组成，从侧面看就像是一个中心略鼓的大圆盘。圆盘的直径约为十万光年，略鼓之处是银心，是恒星密集区，厚度约为六干多光年，看上去是白茫茫的一片。因其主体部分投影在天球上的亮带，而被我国称为银河。

    不仅银河本身是美丽的，世界各地流传的有关银河的神话传说也是美丽的。有的神话将银河和星座结合在一起，认为牛的乳液将深蓝色的天空染白了。在东亚，人们相信这个镶嵌在群星中的雾状带是银色的河流。印度人更是给银河取名为天上的恒河。

    在希腊，有两个比较相似的神话故事，都解释了银河是如何生成的。一个神话说，赫拉发现宙斯用欺骗之法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯，因而将奶汁溅洒在天空中，奶汁形成了银河。另一个神话说，赫耳墨斯偷偷地将赫尔克里斯带去奥林匹斯山，并趁着赫拉沉睡，偷偷吮吸她的奶汁，但吮吸时有一些奶汁被射入天空形成了银河。

    芬兰神话中，将银河称为鸟的小径，因为鸟在向南方迁徙的时候，靠银河指路。神话中还说，银河才是鸟真正的居所。而现在的科学家也已经证实，候鸟确实是靠着银河的引导南飞，找到温暖的陆地居住。

    瑞典的神话说，银河是冬天之路，因为在斯堪的纳维亚地区，冬天是最容易看见银河的时期。

    古代的亚美尼亚神话说，银河系是秆贼之路，讲的是一位神祗在偷窃麦秆之后，试图用木制的运货车逃离天堂，但在逃跑的时候掉落了一些麦秆，形成了以后的银河。

    银河系中约有两千多亿颗恒星，但因为距离地球太远，我们无法用肉眼辨认出来。因星光与星际尘埃气体混在一起，所以看上去就像是一条烟雾笼罩着的光带。

    银河系是一个中型恒星系，主要组成部分就是我们上面提及的银盘。银盘中心隆起的近似于球形的部分叫核球。核球区域中密度最高的地区成为银核。银盘的外围是一个范围更大、近于球状分布的系统，称为银晕。银晕外面有银冕，也大致呈球形。

    银盘是银河系的物质密集部分，由恒星和大量的尘埃、气体组成，在我们的视觉上呈扁平圆盘状。银盘中的物质主要以恒星形式存在，聚集了颜色偏红的恒星形成区域，从而不断给星系的旋臂补充炽热的年轻蓝星，组成了许多疏散星团或称银河星团。目前已知的这类疏散星团大约有一千两百多个。小于银河系总质量10％的星际物质，也散布在银盘内。星际物质中的电离氢、分子氢、多种星际分子，以及10％的星际尘埃是造成星际消光的主要原因。银盘是银河系的主要组成部分，在银河系中能探测到的物质，90％都在银盘范围以内。

    银盘直径约1 0万光年，厚2000光年，中心最厚，为l万光年，约向外逐渐变薄。总体来说，银盘非常薄，且银盘内有旋臂，是尘埃、气体和年轻恒星集中的地方。

    太阳位于银盘内，因为太阳的存在，我们不容易识别银盘的最初面貌。为了探测银盘的结构，20世纪40年代，巴德和梅奥尔通过对旋涡星系M31（仙女座大星云）旋臂的研究，得出了旋臂天体的主要类型，并有针对性地在银河系中感测这几类天体，发现了太阳附近的三段平行臂。因星际的消光作用，光学观测不能看到银盘的总体面貌。但有证据显示，旋臂是星际气体集结的场所，对星际气体的探测能显示出旋臂结构，而且星际气体的2l厘米射电谱线能穿越星际尘埃的阻挡，几乎能观测到整个银河系。光学与射电观测的结果显示，银盘具有旋涡结构。

    银心是星系中心凸出的部分，是一个很亮的球状，由高密度的恒星（主要是100亿年以上的老年红色恒星）组成，直径约为2万光年，厚1万光年。许多证据显示，在银心中心区域存在着一个巨大的黑洞，星系核活动十分剧烈。

    银心除是一个几何点外，还有另外一层含义，指银河系的中心区域。太阳距离银心约3260光年。因为银心与太阳系之间充满了大量星际尘埃，所以在北半球无法用光学望远镜看到银心，射电天文和红外观测技术发展起来之后，人们才透过星际尘埃探测到银心的信息。

    银盘周围包围着很大的银晕，其中散布着恒星和主要由老年恒星组成的球状星团，但恒星的密度很低。银晕直径约为98000光年。

    有人认为，银晕外面还有一个巨大的呈球状的射电辐射区，称为银冕。银冕至少延伸到距银心三十二万光年远。

    以上是美国太空网公布的芝加哥阿德勒天文馆用斯皮策太空望远镜拍摄而成的世界上最大的银河系全景图。这幅最新的银河系比例图由斯皮策太空望远镜所拍摄的80万张单个图像拼凑组合，像素25亿。这幅图长37米，两侧高度1米，中心位置高度2米，非常清晰地描绘了银河系中心区域的膨胀部分。美国加州理工学院斯皮策科学中心的罗伯特·赫特称，这幅图像可以覆盖接近一半的银河区域。

    至于银河系是什么形状的，从我们所处的角度很难明确地判断。但随着科技的发展和探测手段的进步，在某种程度上克服了一定障碍，揭示了银河系一些令人意外的特征。

    很长一段时间内，人们都认为银河系是一个典型的旋涡星系，与仙女座星系很相似。但最近的观测发现，银河系的中央核球稍带棒形，这说明银河系是一种棒旋星系。另外，银河系比较活跃，银核有强烈的宇宙射线辐射，在那里，恒星围绕着一个不可见的中心高速旋转。这表明，银河系的核心中存在着一个超大质量的黑洞。

    因为超大质量黑洞的存在，银河系两个较矮小的邻居大麦哲伦星云和小麦哲伦星云中的尘埃和气体，在被不断地吸取。预计在一百亿年的时间内，银河系的这两个邻居就会完全被黑洞吞没，让它们消失在宇宙之中。

    银河系之外还存在不可计数的星系，被称为河外星系。河外星系的发现可追溯至17世纪，那时人们陆续发现了一些朦胧的天体，称为“星云”。它们有的是气体，有的被认为与银河系相似，由许许多多恒星组成，但因距离地球太远，通过观测，无法分辨出朦胧天体是不是由大量恒星构成。那么，这些天体到底离我们有多远呢？比银河系近呢，还是比银河系远呢？

    自1885年，人们在仙女座大星云里陆陆续续发现了许多新星，由此推断出仙女座星云不是一团反射光线的尘埃气体云，而一定是由许多恒星构成的系统，而且恒星的数目一定极大。因为只有这样，才有可能在仙女座大星云中发现那么多新星。假设这些新星最亮的亮度与银河系中找到的其他新星的亮度一样，那么，仙女座大星云一定离我们非常遥远，且远远超出了银河系的范围。受科技水平的影响，测定的距离受到很大的争议。

    20世纪20年代，美国天文学家哈勃根据在仙女座大星云中发现的“造父变星”的天体，计算出了星云的距离，最终肯定出它是银河系以外的天体系统，被称为“河外星系”。

    河外星系由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成。目前发现的河外星系约有10亿个，据估计，河外星系的总数在干亿个以上。用小型望远镜观测，河外星系几乎与银河系的星云差不了多少，不能分辨清楚。而用大望远镜看，则能分辨出一颗颗恒星，形状也像是一个旋涡。仙女座星系就是位于仙女座的一个河外星系。

    银河系与河外星系组成了天文学对于天体的最高称呼总星系。银河系只是总星系中一个非常普通的星系，是千亿星系家族中的一员，是无限宇宙中极小的一部分。

    影响，测定的距离受到很大的争议。

    20世纪20年代，美国天文学家哈勃根据在仙女座大星云中发现的“造父变星”的天体，计算出了星云的距离，最终肯定出它是银河系以外的天体系统，被称为“河外星系”。

    河外星系由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成。目前发现的河外星系约有10亿个，据估计，河外星系的总数在干亿个以上。用小型望远镜观测，河外星系几乎与银河系的星云差不了多少，不能分辨清楚。而用大望远镜看，则能分辨出一颗颗恒星，形状也像是一个旋涡。仙女座星系就是位于仙女座的一个河外星系。

    银河系与河外星系组成了天文学对于天体的最高称呼总星系。银河系只是总星系中一个非常普通的星系，是千亿星系家族中的一员，是无限宇宙中极小的一部分。

聚合中文网 阅读好时光 www.juhezwn.com