宇宙物质的多样性

3.宇宙物质的多样性

当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八颗行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星（冥王星目前已被从行星里开除，降为矮行星）。除水星和金星外，其他行星都有卫星围绕其运转。地球有一个卫星——月球，土星的卫星最多，已确认的有26颗。行星、小行星、彗星和流星体，都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%，其直径约140万千米。太阳系中最大的行星是木星，它的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米（以冥王星作边界）。有证据表明，太阳系外，也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质，构成了更巨大的天体系统——银河系。银河系中，大部分恒星和星际物质，集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去，它则是一个巨大的旋涡。银河系的直径约为10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银河系的中心约3万光年。银河系外，还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现在，科学家已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团，叫本星系群。若干星系团集聚在一起，构成更大、更高一层次的天体系统，叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常情况下，超星系团内只含有几个星系团。只有少数超星系团，拥有几十个星系团，本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团，叫做本超星系团。目前天文观测的范围，已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系。

旋涡星系

太阳系一家

星系

太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K（K是热力学单位，绝对零度—273.15℃），金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压。水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2×10^-9毫巴。类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星。土星的平均密度为0.70克/立方厘米，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上。

超星系团

多数行星都是顺向自转，而金星则是逆向自转。地球表面生机盎然，而其他行星则是空寂荒凉的世界。

在恒星世界中，太阳是颗普遍而又典型的恒星。科学研究已经发现，有些红巨星（当一颗恒星度过漫长的青壮年期步入老年阶段时，将首先变为一颗红巨星）的直径，为太阳直径的几千倍。中子星直径，只有太阳的几万分之一。超巨星的光度，高达太阳光度的数百万倍；白矮星光度，却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度，小到只有水的密度的百万分之一；而白矮星、中子星的密度，分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K，O型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度约为600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10^-4特斯拉，有些白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯＝10^-4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变，而有些恒星光度在不断变化，称为变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。

红巨星

红巨星局部图

恒星在空间中常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们大致占恒星总数的1/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚集在一起的星团。宇宙物质，除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中，除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。

双恒星系统

椭圆星系

旋涡星系

棒旋星系

星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。20世纪60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系。其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体，等等。许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米每秒的气流，总能量达10⁵⁵焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变，等等。在宇宙中，有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。这些为我们认识客观物质世界提供了理想的科学实验环境。