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星系

当遥望星空时，横贯天际、蔚为壮观的银河总能让人们欣然神往，思绪万千。仔细观察的话，我们也能看出银河实际上是由许许多多颗星星所组成的。在天文学中，我们把这种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，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。我们的太阳就是银河系中普通的一颗恒星。

银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。

星系在早期曾被归到星云中，直到1924年，在准确测定了仙女座星云（现应严格称为“仙女座河外星系”）的距离后，星系的存在才正式确立。

星系的形状是多种多样的。我们可以粗略地划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种来。星系在太空中的分布也并不是均匀的，往往聚集成团。少的三两成群，多的则可能好几百个聚在一起。人们又把这种集团叫做“星系团”。

星系和它内部的恒星都在运动中。我们都知道地球绕着太阳旋转，同时太阳也在绕银河系的中心运动，而同时银河系作为一个整体，本身也在运动着。在星系内部，恒星运动的方式有两种：它一面绕着星系的核心旋转，与此同时还在一定的范围内随机地运动（科学家称之为“弥散运动”）。

星系的起源和演化，与宇宙诞生早期的演化密切相关。一般看法认为：当宇宙从猛烈的爆发中产生时，大量的物质被抛射到空间中。形成宇宙中的“气体云”。这些气体云本身处在平衡之中，但是在某种作用下，平衡被打破了，物质聚集在一起，质量高达今天太阳质量的上千亿倍！这些物质团后来在运动中分裂开，并最终形成无数颗恒星。这样，原始的星系就形成了。一般认为星系形成的时期在一百亿年前左右。

而关于星系的演化，历史上一度曾把星系形态的序列当成演化的序列，即认为星系从椭圆形开始，再逐渐发展成透镜型、漩涡型、棒旋型，最后变成不规则型。这种观点今天已基本上被推翻。目前的看法认为这一过程与恒星形成的力学机理相关，但也仍然停留在假说的阶段。

致密星系

光度几乎全部集中于核心区域的星系。这类星系的表面亮度很高，在照相底片上成像很小，刚好能与恒星的像相区别。因瑞士天文学家F.茨威基在20世纪60年代编制星系和星系团表的过程中所发现，故又称茨威基星系。按致密程度还可分为一般致密、中等致密、甚致密和极端致密4类。致密星系并不构成物理性质单一的一类。它包含许多类型的星系。有的致密星系是正常星系，但表面亮度较高。

旋涡星系 是指具有旋涡状结构的河外星系。从外表上看，它是在绕着核心旋转，有旋臂从核心螺旋地伸向空间。其中心区为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘，因此，又称为透镜星系。涡旋星系的旋涡形状，最早是在1845年，观测猎犬座星系 M51时发现的。旋涡星系又可分为正常涡旋星系和棒旋星系。正常涡旋星系又可分为三种，分别用a、b、c表示。Sa 型中心区最大，旋臂紧卷；Sb中心区较小，悬臂开展；Sc中心区成为一个小亮核，悬臂松弛。旋涡星系通常有一个结构稀疏的晕，叫做星系晕，笼罩着整个星系，再往外可能还有更稀疏的气体球，称作星系冕.星系的质量大约是太阳质量的10亿到1000亿倍.典型的旋涡星系是仙女座星系M31.它距我们约220万光年,用肉眼能看到它象飘浮着的薄云，星系的中间部分象固体轮子那样在旋转，距离中心越远，旋转速度越低。星系的直径大约在18万光年左右，其质量大约为太阳质量的4000亿倍，其中可能有4000亿颗恒星.我们的银河系就是一个巨型的旋涡星系。

注：透镜星系：旋涡星系和棒旋星系之间引入的过渡型S0（无臂旋涡星系）和SB0（无臂棒旋星系）。外形像侧视的透镜。S0（SB0）系与S（SB）系的主要区别：前者有旋臂，后者无。S0（SB0）系与E系的主要区别：前者有星系盘，后者无。

棒旋星系 是指具有一个由恒星组成的棒贯穿其核心部分的旋涡星系。它的臂旋从棒的两端延伸开去，在旋臂里可以看到明亮的星云物质、疏散星团和一些黑暗的物质带。棒体和核心部分似乎连成一体旋转，旋臂则好像是托在棒和核的后面旋转。棒旋星系一般用字母SB表示，按照旋臂从紧卷到展开的次序,又可分为SBa、SBb、SBc三种次型。距离我们最近的大麦哲伦星云、小麦哲伦星云都是棒旋星云，这是1518--1520年，麦哲伦作环球航行时在南半球发现的。它们在银河系外，前者距我们17万光年，后者距我们20万光年，直径分别为银河系的四分之一和十分之一，质量分别为银河系的10%和2%。大麦哲伦星云内有一个剑鱼座S星，光度为太阳的100万倍；另一个是蜘蛛状星云,它是我们观测到的最大的亮星云。大、小麦哲伦星云之间被由氢原子组成的气体"桥"联接起来.

椭圆星系 是指形状成圆球形或椭圆形的河外星系。他们看起来很象球状星团,但规模更大。中心区最亮，向边缘逐渐变暗。含有的恒星很多，但没有或仅有少量星际气体和星际尘埃。质量差别很大，质量最小的矮星系(指光度最弱的一类星系,有的是椭圆星系，也有的是不规则星系，质量只有太阳系质量的100万到10亿倍)与球状星团相当；质量最大的超巨型星系可能是宇宙中最大的恒星系统，达10万亿个太阳质量。椭圆星系用字母E表示,后面用数码表示椭圆的级别。E0表示星系呈圆形的盘面，E7是最扁的椭圆星系。研究得比较详细的巨椭圆星系,是室女座星系团中的M87，它不仅有固定的喷射流现象，也有四面八方的喷射流现象.它的中心有一个极亮的核心，颜色较蓝，表明其中心有一个大质量的十分致密的天体，很可能是黑洞.

不规则星系 外形不规则，没有明显的核和旋臂，也没有旋转对称的星系。这类星系用字母Irr表示。在全天最亮的星系中只占5%。该星系分为两类：IrrI类有隐约可见、不规则的棒状结构；IrrI类具有无定型的外貌，分辨不出恒星星团等组成部分，且往往带有明显的尘埃带。有些IrrII星系可能是爆发后的星系，如M82。有天文学家认为，大、小麦哲伦星云也属不规则星系。不规则星系气体含量多，质量不大，常不超过1010太阳质量。

星云

当我们提到宇宙空间时，我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实，这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的，但远不是真正的“真空”，而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等，人们把它们叫做“星际物质”。

星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧化物等。

星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来，形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态，银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。

弥漫星云正如它的名称一样，没有明显的边界，常常呈不规则形状。它们的直径在几十光年左右，密度平均为每立方厘米10-100个原子（事实上这比实验室里得到的真空要低得多）。它们主要分布在银道面（HOTKEY）附近。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

行星状星云的样子有点像吐的烟圈，中心是空的，而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质，形成星云。可见，行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较著名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。

亮星云 是指较亮的星云。按其发光方式的不同，又可分为发射星云和反射星云两类。中间有一颗非常炽热的恒星(中央星)，星云吸收中央星的紫外辐射后再发射可见光辐射，这种亮星云称为发射星云。其光度随中央星的温度的增高而变大。这种星云内有大的气体，富含紫外线的星光，激发这些星云内的气体，从而使这些星云自己发出光芒的。猎户座大星云就是一颗巨大的弥漫星云，它中央和周围有一些明亮的高温星，激发了氢气，使之发出绿色的光辉。它的直径达300万光年，但只有直径27光年的一小部分被星光照亮，从而被我们看到。由于反射了近旁亮星的星光，才使自己变量的星云，称之为反射星云。这类星云正如月亮和行星靠反射太阳光而发亮一样。反射星云星光，之所以会遭受反射[应该是散射]，是因为星云内存在着大量的尘埃[大小为万分之一厘米]。昴星团里的星云就是反射星云中的一个。此外，还有些星云，例如北美洲星云NGC7000，即具有发射星云的性质，又具有反射星云的特征，是混合型的星云。

暗星云 是一种不发光的弥漫星云。我们之所能看到暗星云，是由于它本身吸收了其背景射来的星光，使其背景星光减弱，这样才显现出暗星云的存在。它是一种既不反射所嵌含的恒星的光，自身也不发光的气体云。暗星云吸光的原因，是由于该星云中包含有大小约万分之一厘米的尘埃(这一点与亮星云的物质性质没有本质的区别)，这些尘埃团遮掩了背后亮天体的光。它与反射星云的区别指在于，反射星云近旁有亮星，而暗星云的近旁则没有亮星。另外，在宇宙空间中还有许多别的暗星云，表面看来，它们空无一物，实际上却是一块块巨大的气体和尘埃团，只是因为附近没有亮星照射它们。1974年赫歇尔父子最先发现天空中明亮的银河，从天鹅座开始，好像有一条"巨大的裂缝"纵贯银河系，要把银河系劈成两半似的。这片广大的暗区，就是由气体和尘埃组成的一块暗星云。同一块星云上，可既有亮星云，又有暗星云，如著名的猎户座里的马头星云。

弥漫星云 指具有不规则形状，没有明确边界的星云。这类星云比行星状星云大得多，延伸范围平均大小为几十光年，但是要暗弱的多，而且密度也要稀薄得多，每立方厘米只有几个质子和电子。质量大小也不一，一般为太阳质量的10倍。大的可达太阳质量的数千倍，小的只有太阳质量几分之一，一般由气体和尘埃组成。在银河系里，弥漫星云分布很不均匀，有的也有成群结构的现象。这种星云种类很多，形态也不一样，大致可分为亮星云、暗星云、发射星云、反射星云以及球状体等。

行星状星云 是指外形呈圆盘状或环状的并且带有暗弱延伸视面的星云，属于发射星云的一种。在望远镜中看去，它具有像天王星和海王星那样略带绿色而有明晰边缘的圆面。1977年，F.W.赫歇尔发现这类天体后，称它们为行星状星云。其中央部分有一个很小的核心，是温度很高的中心星。行星状星云的气壳在膨胀，速度为每秒10公里到50公里。其化学组成和恒星差不多，质量一般在0.1到1个太阳质量之间，密度在每立方厘米100到10，000个原子[离子]之间，温度为6000K到10，000K，中心星的温度高达30，000K以上。据估计，行星状星云的寿命平均约为30，000左右。这类星云出现，象征着恒星已到晚年。在银河系存在期间[大约10--100亿年]，将近有10亿到100亿个恒星，经历过行星状星云阶段。因此，这种天体很可能是一种普遍存在的天体。银河系中大部分恒星，很可能都要经过行星状星云而后才"死亡"。

超新星遗迹 是超新星爆发时，星体的外层向空间迅猛地抛出大量物质，它们与星际物质作用，形成遗留在空间的丝状气体云和气壳。射电天文学问世以来，发现超新星遗迹都是很强的射电源。目前，银河系内已找到一百多个，其中，蟹状星云是很重要而又进行了比较详细研究的一个超新星遗迹。大多数超新星遗迹都具有丝状的亮云或壳层。这些丝状物都在向外膨胀，不同的丝状物又不同的膨胀速度，超新星遗迹发出的光很强，蟹状星云虽然在将近1000年前的宋代发现它的爆发，但现在以及所发出的光度竟比太阳光还要强10，000倍。普遍认为，遗迹的发光机制是同步加速辐射，即高能电子绕着磁场高速旋转所发出的辐射。

星团

恒星往往成群分布。一般地，我们把恒星数在十个以上而且在物理性质上相互联系的星群叫做“星团”。比如金牛座中的“昴星团”、“毕星团”，巨蟹座的蜂巢星团等。

根据星团包含的恒星数、星团的形状和在银河系中位置分布的不同，星团又分为疏散星团和球状星团。疏散星团一般由十几到几千颗恒星组成，结构松散、形状也不规则。它们一般分布在银道面附近，所以也被称作“银河星团”。在银河系内发现的疏散星团目前有一千多个，其中包括刚提到的金牛座昴星团、毕星团。

球状星团则由成千上万、多至几十万的恒星组成。它们聚集成球形，越往中心越密集。球状星团大多都分布在银河系中心方向。一个球状星团内的恒星差不多都是在同一时期形成的，它们的演化过程也大致相同。比较著名的如武仙座的球状星团，它由大约二百五十万颗恒星组成，离我们大约2.5万光年。

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