河外星系理论（）

我们现在对宇宙的基本认识是，在相对较小的时空内，宇宙中的物质依次聚集为星体、星系、星系团、超星系团……上世纪二十年代，天文学家哈勃开辟了河外星系的研究，被誉为“星系天文学之父”。由此，人类逐步把眼光投向了银河系外的星系。

星系的定义

在茫茫宇宙中，有着千姿百态的“星城”，它们错杂地分布着。每个“星城”都是由无数颗恒星、各种天体和星际物质组成的天体系统，天文学上称之为“星系”。我们的太阳系就居住在一个巨大的星系——银河系之中。在银河系之外的宇宙中，有许多像银河系这样的星系存在，它们统称为“河外星系”。

星系也有多个聚集在一起的，两个聚在一起的叫“双星系”，多个聚在一起的叫“多重星系”。一群星系聚集在一起又可以组成星系集团。银河系和它周围的30多个星系就组成了一个集团——本星集团。所有的星系加上尚未发现的河外星系，构成了一个巨大的星系集团，称为“总星系”。

我们能用肉眼看到的星系不多，只有几个，而且它们看上去也只是像星星那样大的光斑。仙女座星系是离我们银河系最近的河外行星系之一，它与银河系非常相似，包括类似于银河系的各种各样的恒星、星团和星云等。仙女座河外星系虽然是我们的邻居，但它到我们的距离却有200多万光年。

各种星系如宝石般闪烁着光芒，相貌各异。凭着我们目前的观测设备，看到的最远的星系大约为150亿至200亿光年。天文学家根据星系的形状，将所有星系划分为三大类：一类是漩涡星系，它们呈螺旋状，有几条弯转的旋臂；一类是椭圆星系，它们的外形像一个椭圆；另一类是不规则星系，它们没有固定的形状，一般比较小。

漩涡星系是指具有旋涡状结构的河外星系。从外表看，它就像从靠近中心比较亮的雾核中伸出的旋涡星系臂，像钟表发条那样，沿着旋涡形围绕核旋转。它的中心区为透镜状，周围绕着扁平的圆盘，因此，又把它叫做透镜星系。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，称星系冕。星系的质量大约是太阳质量的10亿~1000亿倍。典型的旋涡星系是仙女座星系M31。它距我们约220万光年，用肉眼能看到它像飘浮着的薄云。星系的中间部分像固体轮子那样在旋转，距离中心越远，旋转速度越低。星系的直径大约是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。旋涡星系的旋涡形状，最早是在1845年，科学家观测猎户座星系M51时发现的。旋涡星系可分为正常旋涡星系和棒旋星系。正常旋涡星系又可分为三种，分别用a、b、c表示，旋涡星系用字母S标，Sa型中心区最大；Sb中心区较小；Sc型中心区为一个亮核。

椭圆星系是指形状呈圆球形或椭圆形的河外星系。它们看起来就像球状星团，不过规模更大。它的中心区最亮，向边缘逐渐变暗。含有恒星很多，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(指光标度最弱的一类星系)与球状星团相当，质量最大的超巨型星系可能是宇宙中最重的恒星系统，达10亿个太阳质量。

椭圆星系用字母E表示。在其中很有趣的是最亮最大的星系M87，它是处女座星系团中主要的星系。这个巨大的星系有几百个球状星团组成的随从。这些球状星团在照片上因距离太远，很难同恒星区别开来。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。M87不仅有固定的喷射流现象，也有向四面八方的喷射流现象。

没有核心的星系是指外形不规则，没有明显的核和旋臂，也没有旋转对称性的星系，这种星系用字母IRR表示。在全天亮星系中，只占5%，该星系也可分为两类。一类是有隐约可见，不很规则的棒状结构；一类是无定形的外貌，分辨不出恒星和星团等组成部分，而且往往有明显的尘埃带。不规则星系具有中等的和小的光度，它们多数是矮星系。平均绝对星等是-14等，直径为1500~3000秒差距。麦哲伦云属于最亮最大且不规则的星系。它的尘埃含量少，年轻恒星多。它离银河系很近，又与银河系有物理上的联系，因此有人认为它是银河系的伴星，是麦哲伦作环球航行时发现的。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10%和20%。近来，发现在大、小麦哲伦星云之间，被由氢原子组成的气体“桥”联接起来。并且有人认为银河系，大、小麦哲伦云，这三个星系构成了三重星系。

知识点

星团

在一个不大的空间区域里，数十颗至数万颗以上的恒星聚在一起，所形成的恒星集团称为“星团”。数十至数百颗恒星不规则地聚在一起组成的星团叫“疏散星团”；数以万计的恒星聚在一起密集呈球状的星团叫“球状星团”。

现在，在银河系中已经发现约有130个球状星团，它们由上万颗，甚至几十万颗老年恒星组成。目前在银河系中最大的球状星团是位于半人马座内的W星团，它也是最亮的星团，距地球约1．6万光年。到现在为止，在银河系中共发现1000多个疏散星团。

天空澄清无云时，在我国最容易看见的疏散星团位于金牛座中，那就是大名鼎鼎的“七姐妹星团”。

延伸阅读

与星团相似的星协

星协是指由早型恒星组成的，彼此具有物理联系的，比星团稀疏得多的恒星群。此概念是1947年阿姆巴楚米扬提出的。星协和星团相似，但并不相同，星协是由物理性质相近，光谱型大致相同的恒星组成，它们的表面温度相同，结构不密集。而星团则是由各种不同物理性质和光谱型各不相同的恒星组成，结构较密集。星协分两种：一种是由O型星和B型星组成的，叫O星协。直径是100~600光年。另一种是由金牛座T型变星组成的星协，叫做T星协。直径在10~300光年。其中常见的有目视双星。星协是一种年轻的天体，年龄只有几百万年。目前已发现60多个O星协，20多个T星协。

奇妙的是，在某些天区内既有O星协又有T星协。非常热闹壮观。著名的猎户座星协就是这样的例子。这个星协夹杂在一团巨大而稀薄的氢气云中，距离太阳大约是1500光年。而且，在这个星协中，大量的氢气云里夹杂着大量的年轻恒星，说明恒星产生了气体云这个看法。

星系的类型

宇宙中没有两个星系的形状是完全相同的，每一个星系都有自己独特的外貌。但是由于星系都是在一个有限的条件范围内形成，因此它们有一些共同的特点，这使人们可以对它们进行大体的分类。

1923～1924年，美国著名天文学家哈勃通过望远镜拍照观测发现仙女座大星云中的造父变星，从而推算出仙女座大星云与我们的距离，这距离表明它是在银河系之外，是类似银河系一样的恒星天体系统，像这样由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等组成的天体系统，称为星系，除我们的银河系之外的星系统称为河外星系。

在多种星系分类系统中，天文学家哈勃于1925年提出的分类系统是应用得最广泛的一种。哈勃根据星系的形态把它们分成三大类：椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。

椭圆星系分为七种类型，按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0~E7表示

哈柏分类法根据椭圆星系椭率的估计进行分类，从E0，接近圆形的，到E7，非常瘦长的。这些星系，不论视线的角度是如何，都有着椭圆形的外观。它们看似没有任何的结构，而且相对来说星际物质的成分也很少。通常这些星系会有少量的疏散星团和少量新形成的恒星，与以各种不同方向环绕星系的中心，已经成熟的恒星为主。它们的一些性质类似小了许多的球状星团。大部分的星系都是椭圆星系，许多椭圆星系相信是经由星系的交互作用，碰撞或是合并，产生的。她们可以长成极大的体积(与螺旋星系比较)而且巨大的椭圆星系经常出现在星系群的中心区域。宇宙中约有十亿个星系的中心有一个超大质量的黑洞，这类星系被称为“活跃星系”。类星体也属于这类星系。

旋涡星系。具有旋涡结构的河外星系称为旋涡星系，在哈勃的星系分类中用S代表．螺旋星系的螺旋形状，最早是在1845年观测猎犬座星系M51时发现的．螺旋星系的中心区域为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘．从隆起的核球两端延伸出若干条螺线状旋臂，叠加在星系盘上．螺旋星系可分为正常漩涡星系和棒旋星系两种．按哈勃分类，正常漩涡星系又分为a、b、c三种次型：Sa型中心区大，稀疏地分布着紧卷旋臂；Sb型中心区较小，旋臂较大并较开展；Sc型中心区为小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、电离氢区外,同时还有大量的尘埃和气体分布在星系盘上。从侧面看在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕，叫做星系晕。其中主要是星族Ⅱ天体，其典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100~300个球状星团。随机地散布在星系盘周围空间。在往外，可能还有更稀疏的气体球，称为星系晕。漩涡星系的质量为十亿到一万亿个太阳质量。产生总光谱的主要天体既有高光度早型星，又有高光度晚型星。星族Ⅰ天体组成星系盘和旋臂，星族Ⅱ天体主要构成星系核、星系晕和星系冕。

不规则星系没有一定的形状，而且含有更多的尘埃和气体，用IRR表示。另有一类用S0表示的透镜型星系，表示介于椭圆星系和旋涡星系之间的过渡阶段的星系。

此外还有一类个子矮小的“矮星系”。这类星系不象大型星系那样明亮，但其数量非常多。银河系附近有许多矮星系，其数量比所有其它类型星系之和都多。在邻近的星系团中也已发现了大量的矮星系。其中一些形状规则，多半都含有星族II的恒星；形状不规则的矮星系一般含有明亮的蓝星。

星系的形状一般在其诞生之时就已经确定了，此后一直都保持着相对稳定，除非发生了星系碰撞或邻近星系的引力干扰。

知识点

类星体

类星体是类似恒星天体的简称，又称为似星体或类星射电源，与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。

类星体虽类似恒星，然而在分光观测中，它的谱线具有很大的红移，又不像恒星，因此称它为类星体。到1993年底，已确认7383个类星体。类星体的直径只有普通星系的十万分之一到百万分之一，还不到1光年，体积类似太阳，而它们自身的能量比一般星系能量大上千倍，是20万个太阳的能量总和。体积不大又怎么能提供如此之强大的能量呢？这到现在还是一个谜。

类星体是迄今为止人类所观测到的最遥远的天体，距离地球至少100亿光年。类星体是一种在极其遥远距离外观测到的高光度和和强射电的天体。类星体比星系小很多，但是释放的能量却是星系的千倍以上，类星体的超常亮度使其光能在100亿光年以外的距离处被观测到。据推测，在100亿年前，类星体比现在数量更多，光度更大。

延伸阅读

星系天文学家之父哈勃

1898年11月20日诞生在美国密苏里州的一个律师家庭。高中毕业后进入芝加哥大学天文系，1910年毕业，获理学学士。同年前往英国牛津大学攻读法律，1912年获文学学士，回国开办了一个律师事务所，不到一年，哈勃就放弃了这个职业，来到芝加哥叶凯士天文台，成为佛罗斯特的助手和研究生，1917年获博士学位。

在此期间，美国名闻当代的天文学家海尔发现哈勃具有非凡的观测才能，以威尔逊山天文台台长的名义邀请哈勃去该台工作。哈勃欣然答应了。哈勃除了在一战和二战应征入伍参战外，始终在威尔逊山天文台工作。三十多年来，哈勃对二十世纪天文学做出了许多不同凡响的贡献，被尊为一代宗师。

哈勃最大功绩是确认星系是独立于银河系之外，而与银河系相当的恒星系统。二十世纪初，天文学家用照相的方法发现了大量的漩涡星云，这些旋涡星云大部分都很暗，只有仙女座大星云等少数星云比较亮，因此天文学家对它们进行了研究。有人说仙女座大星云是银河系内的天体，又有人说是银河系外的天体，争论不休。1923年到1924年，哈勃用2.5米望远镜将仙女座大星云的边缘部分分解成了单颗恒星，并测量了它们的距离。以无可争辩的事实证明仙女座大星云超出了银河系的范围，它是距我们220万光年像我们银河系一样的另一个星系。这标志着空间中物质分布的宇宙岛观念已经确立。1926年，哈勃根据星系的形状等特征，系统地提出星系分类法，这种方法一直沿用至今。他把星系分为三大类：椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。旋涡星系又可分为正常旋涡星系和棒旋星系。

1953年9月28日，哈勃在准备前往帕洛玛山天文台观测时因患脑血栓突然病逝，享年64岁，在他身后留下了一长串与他名字相连的天文术语：哈勃隐带、哈勃分类法、哈勃序列、哈勃光度定律、哈勃光度轮廓、哈勃常数、哈勃图、哈勃半径等等，就像一串闪光的足迹记录了哈勃光辉的一生。

哈勃开辟了河外星系和大宇宙的研究，被誉为“星系天文学之父”。为了纪念这位自伽利略、开普勒、牛顿、赫歇尔时代以来的最伟大的天文学家，人们将1990年4月送入太空的第一架光学望远镜命名为“哈勃空间望远镜”。