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如此魅力银河系是由什么组成的

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发表于 2016-5-4 00:58:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
我们的银河系在宇宙的汪洋大海之中只是“沧海一粟”,在银河系以外是一个更为广阔、蔚为壮观的河外星系世界。著名的大麦哲伦云、小麦哲伦云及仙女座大星云等都是河外星系。众多的河外星系千姿百态、神采各异;有的正在孕育形成,有的风华正茂,有的已历经沧桑,处于暮年;星系之间有的互相连接,也有的在分裂瓦解或互相吞并。展现在人们面前的是一个神奇壮观、魅力无穷的星系世界。

河外星系的发现

在广袤无垠、浩瀚辽阔的宇宙海洋中,肉眼所见的天体,绝大多数是银河系的成员。那么,银河系就是通常所说的宇宙吗?远远不是!人类的认识能力是无限的,随着科学技术的发展和观测工具的进步,对宇宙的探索逐步迈向深处。
现在已经认识到,在宇宙中存在着数以亿计的星系。为了同我们的银河系相区别,人们把它们叫做“河外星系”。人们发现的第一个河外星系是“仙女座大星云”。我们之所以把它叫“星云”,也是因为人们开始并没有认清它的真面目,以致于把它同我们银河系的星云混为一谈。后来随着观测技术的进步,人们终于能够把它里面的一个个的恒星分辨出来,这才最后肯定它也是像我们银河系一样的庞大的恒星集团。

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为此,天文学家还进行过异常激烈的辩论呢,辩论的主题便是“仙女座大星云”究竟是在银河系内还是在银河系外,辩论的双方是沙普利和柯蒂斯。在20世纪初,由于天文学观测手段的进步和理论的发展,沙普利等人确定了银河系的中心和银河系的大小。只是当时还不知道银河系中到处存在的星际介质对光线有吸收作用,使得沙普利得出的银河系的尺寸非常大,因此他当然认为仙女座大星云在银河系内。但是,柯蒂斯根据仙女座大星云中的新星爆发而计算出星云离我们的距离超过了银河系的大小,从而认为它是银河系以外的天体,应该是与我们银河系一样的星系。柯蒂斯当时还不知道仙女座大星云中爆发的其实是超新星而不是新星,超新星的真实亮度要比新星大多了,因此仙女座大星云的真正距离要比柯蒂斯计算的还远得多。

这个争论最后被美国著名天文学家哈勃解决了。哈勃利用当时世界上最大的胡克望远镜拍摄了仙女座大星云的照片,星云的外围已被分解为恒星。通过仔细观测,哈勃发现了星云中的“造父变星”,从而精确地测定了仙女座大星云的距离,证明了仙女座大星云远在银河系之外。
现代天文学测定出仙女座大星云离我们的距离为220万光年,它的个头比银河系还大上一倍,它也是距离我们最近的旋涡星系,由此可想宇宙是多么巨大!


造父变星

造父变星是一种变星,它们的亮度呈周期性的变化。天文学家观测一批在小麦哲伦云中的造父变星时,发现它们的绝对光度,也就是它们的真实亮度,是和亮度变化的周期有关系的,这个关系被叫做“周光关系”。造父变星的亮度变化的周期越大,它们的绝对光度也就越大。这样,不论是多远的造父变星,只要测出它们的亮度变化的周期,就知道了它们的绝对光度,也就能够确定它们的距离。这样,造父变星便被誉为宇宙中的“量天尺”。


奇妙的“宇宙岛”

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银河系里星星的分布情况决定了我们的星空景色。同样地,各个河外星系里星星的分布情况也决定了它们自己的星空景色。从这个意义上说,河外星系就是“天”外的“天”。大家一定很想看看这“天外天”的壮丽景色。但是遗憾得很,因为它们离开我们实在太远,所以除了极个别的例外,我们用肉眼简直什么也看不见。即使是那几个我们用肉眼看得见的河外星系,看起来也很不显眼。

比如,离我们最近的两个河外星系——“大麦哲伦星云”和“小麦哲伦星云”,“大云”在剑鱼星座,“小云”在杜鹃星座,“大云”直径约3万光年,“小云”直径约2.5万光年,它们离我们银河系的距离是16万到18万光年。

从我们地球上看来,大、小麦哲伦星云就是两个发亮的云雾状斑点,一点特别的地方也没有。大、小麦哲伦星云只能在南半球的天空上看到。在我们北半球的星空里,唯一能见到的河外星系是“仙女座大星云”,离我们大约有220万光年。打个比方说,假设银河系是10千米大小的“岛屿”,那么18千米外是大小麦哲伦云星系,而仙女座大星云则离开有220千米。这样,宇宙中的一个个星系确实像汪洋中的孤岛一样,成为名副其实的“宇宙岛”。


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那么,现在我们能够看到的最远的“岛屿”离开我们有多远呢?1958年,有人用直径5米的望远镜看到了一个包含有60个星系的星系团,离我们有60亿光年。后来随着观测技术的进步,又有人找到了一个100亿光年远处的星系。100亿光年!这就是说,光从那里射到我们地球上,需要100亿年之久!地球的历史总共不过50—60亿年,所以我们现在看到的从那上面射来的光,其实早在我们地球形成以前很久很久(40—50亿年以前)就射出来了。
但是,宇宙是无边无际的。100亿光年以外还有数不清的星团和星系,100亿光年远的星系还没有超出总星系的范围。总星系有多大?它的边缘在那儿?它的中心在何方?这些问题我们到现在还没有弄清楚。


康德与“宇宙岛”

1755年,著名的哲学家康德在提出太阳系起源的“星云说”的同时,便指出我们看到的一些星云实际上是和银河系一样的星系,只是离我们太遥远了,才看起来像是一个模糊状的星云。据此康德提出了“宇宙岛”的概念,就是说各个星系如同一座座岛屿一样分布在宇宙中,而我们的银河系仅仅是其中的一个岛屿,整个宇宙就是由无数个“岛屿”所组成的系统。


千变万化的星系

18世纪以前,在人们的眼里,宇宙实际上只是太阳系。随着科学技术水平的提高,人们的认识扩展到银河系,眼界扩大了1亿倍,又有人认为银河系大概就是整个宇宙了。不久以后河外星系的发现宣告了这种学说的破产,人类对于宇宙的认识范围扩展到了总星系。作为总星系的一部分,河外星系到底是什么模样?它们彼此之间是“一奶同胞,相差无几”,还是“龙生九子,各有不同”?随着科学的发展,借助于各种先进的望远镜,“河外星系”的模样终于展现在我们面前了。最常见的一种河外星系呈旋涡形,叫旋涡星系,占已经发现的河外星系的80%。旋涡星系从核心部分往外螺旋式地伸展出若干条旋臂,形成旋涡状结构。

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从正面看去,它有完全舒展的形状,好像江河海水里的旋涡一样。从侧面看去,绝大部分的恒星和星际物质都集中在扁扁的圆盘内,像个圆饼的样子。还有一种星系叫椭圆星系,约占已知河外星系的17%,有的呈椭圆形,有的近乎圆球体,还有的是梭形。这类河外星系比旋涡星系要小一些,没有旋涡结构,星云和星际物质也少。再有一种星系叫棒旋星系,数量很少,形状也很特别,像是一根长长的棍棒,棒的两头有向不同方向伸出的旋臂。

大、小麦哲伦星云就属于棒旋星系。最后一种星系叫不规则星系,它们的形状不规则,不像其他星系那样有一定的结构形式。我们已经看到的不规则星系数量极少。由于它们又小又暗,不容易被人发现,所以实际上不规则星系可能要比我们看到的多一些。你看,银河系外不仅还有“银河系”——河外星系,而且河外星系竟是那样的琳琅满目,品种不少哩!


不同的发展阶段

现在人们认为,不同类型的星系代表着不同的发展阶段:不规则星系是比较年青的星系,旋涡星系和棒旋星系是中年的星系,椭圆星系则是老年的星系。银河系属于旋涡星系,处于中年期,年龄不小于1000亿年。


河外星系知多少

现在,我们用大望远镜已经看到了许许多多的河外星系。往往在一个满月大小的星空区域里,就可以找到500多个河外星系。据估计,在我们银河系周围5亿光年的范围里,河外星系的总数大约是1亿个!

这样自然就出现了一个问题:一个个的河外星系是彼此孤立的吗?它们之间有着什么样的关系呢?事实上,同星系里的恒星关系一样,一个个的星系本身也是按照共同的运动规律聚集在一起,成群结队地在宇宙中游荡。由两个星系聚集在一起的叫“双重星系”,由三个星系聚集在一起的组成“三重星系”。此外还有“四重星系”、“五重星系”等等。我们的银河系就同大、小麦哲伦星云一起组成为一个三重星系。在19个离我们最近的星系里,约有一半是属于双重星系或多重星系的。十几个或几十个星系还在一起组成为“星系群”。我们的银河系同它周围的19个星系组成了一个星系群,这个星系群的直径大约是260万光年。比星系群更高一级的星系组织是“星系团”,它是由成千上百个星系组成的。室女星座里有一个星系团,包含1000个以上的星系,离我们大约2000万光年。

更大的一个星系团在后发星座里,距离我们2.4亿光年,包含2700个星系。北冕星座里有一个包含400个星系的星系团,离我们更远,光从那里照射到我们地球上,需要整整7亿年之久!我们已经发现的河外星系团有几千个。这一个个的河外星系团还有集合成为更大的物质系统的现象,这就是所谓的“总星系”。总星系是整个宇宙,还是宇宙的一个角落?随着社会生产的发展和科学技术的进步,我们将会看到越来越大的世界吗?等我们找到了我们所在的总星系的边以后,会在总星系之外发现新的总星系吗?

星系分布

20世纪80年代,天文学家发现宇宙中的星系分布十分复杂。比如,在宇宙中有些地方,众多星系构成了像长城一样的“星系巨壁”,而有的地方却没有什么星系,形成了宇宙中的“空洞”。在今天,天文学家就是通过研究星系在宇宙中的分布来确定宇宙的结构、宇宙的演化和星系的形成等重要问题的。


星系间的兼并战争

尽管星系间的距离十分遥远,却也不是“鸡犬之声相闻,老死不相往来”。除了星系常常会成群结队外,有时两个星系之间还会发生冲突,甚至还会互相吞并。1934年,美国天文学家在叶凯士天文台发现了一对奇特的星系,在它们中间存在着像桥一样的物质,把两个星系连起来。到20世纪50年代,兹威基等人指出两个星系之间因为万有引力的相互作用而破坏了星系的正常形态,就会出现物质桥这样的现象。
到80年代,天文学家发现星系之间不但会互相干扰,两个星系甚至会发生碰撞,并进而上演“大鱼吃小鱼”的星系并合的现象。星系间的碰撞并不是像我们所想的那样,来个硬碰硬的撞击。实际上,在两个星系的引力场作用下,星系中的恒星和气体等物质在万有引力的作用下重新分布。两个星系在接近时,由于它们的强大引力而将大量星体给拉了出来,形成很壮观的桥梁、尾巴和圆环。有时,引力相互作用使它喷射出两条巨大的尾巴,就像昆虫的触角一样。当两个星系靠得太近而陷入了它们共同的“势力范围”内时,这两个星系会继续扭曲,甚至分裂对方。

最后,在未来的几十亿年内,它们会渐渐融合,从而形成一个共同体——一个新的而更大的星系。天文学家们已使用计算机来模拟出星系大冲撞的各种样子,而哈勃空间望远镜也发现了大量的星系碰撞的例证。现在,天文学家认为今天所看到的星系,包括银河系,都是由一些小的星系在几十亿年前发生并合而产生的。因为在宇宙早期,星系之间的距离比较近,一些小的星系经常碰撞和并合,从而形成今天所看到的较大的星系。


星暴星系

在星系发生相互作用的时候,会在星系中心聚集大量的气体和尘埃,从而大规模地诞生出恒星来,这种星系被称为“星暴星系”。星系的并合使得新恒星不断产生,这种过程往往是非常激烈的,把大量的热气体吹到星系外面。由于星暴星系中存在着大量的气体和尘埃,这使得它们辐射出很强的远红外射线。

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