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定义

  恒星系的定义是:由无数本身能发光发热的天体(及恒星)所组成的集合体。恒星系或
恒星系
星系,是宇宙中庞大的星星的“岛屿”,它也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。到目前为止,人们已在宇宙观测到了约十亿个星系。银河系也只是一个普通的星系。人们估计恒星系的总数在千亿个以上,它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿,故也被称为"宇宙岛"。它们中有的离我们较近,可以清楚地观测到它们的结构;有的非常遥远,目前所知最远的最系离我们有近两百亿光年

概述

  关于恒星系的发现过程可以追溯到两百多年前。在当时法国天文学家梅西耶 ( Messier Charles )为星云编制的星表中,编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位。初冬的夜晚,熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点,俗称仙女座大星云。从1885年起,人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星,从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云,而一定是由许许多多恒星构成的系统,而且恒星的数目一定极大,这样才有可能在它
距地球848光年的年轻恒星系
们中间出现那么多的新星。如果假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其它新星的亮度是一样的,那么就可以大致推断出仙女座大星云离我们十分遥远,远远超出了我们已知的银河系的范围。但是由于用新星来测定的距离并不很可靠,因此也引起了争议。直到1924年,美国天文学家哈勃用当时世界上最大的2.4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为"量天尺"的造父变星,利用造父变星的光变周期光度的对应关系才定出仙女座星云的准确距离,证明它确实是在银河系之外,也像银河系一样,是一个巨大、独立的恒星集团。因此,仙女星云应改称为仙女星系

星系的演化

  按照宇宙大爆炸理论,第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间,有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却,引力开始发挥作用,然后,幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大,从而形成了一些“沟”,星系团就是沿着这些“沟”形成的。

  随着暴涨的转瞬即逝,宇宙又回复到如今日所见的那样通常的膨胀速率。在宇宙诞生后的第一秒钟,随着宇宙的持续膨胀冷却,在能量较为“稠密”的区域,大量质子中子电子从背景能量中凝聚出来。一百秒后,质子和中子开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内,构成自然界的所
恒星系
原子的成分就都产生出来了。大约再经过三十万年,宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。不久,星系就在其中形成了。

  大爆炸发生过后十亿年,氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长,初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小,各个原星系之间靠得比较近,因此相互作用很强。于是,在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云,而其余部分则被邻近的云所吞并。

  同时,原星系由于的不断落入而逐渐增大。原星系的质量变得越大,它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用,最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩,一些自转较快的云团形成了盘状;其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后,便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。星系成群地聚集在一起,就像我们地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中,这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构,长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。

星系的分类

综述

  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。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:椭圆星系旋涡星系不规则星系

椭圆星系

  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,最大值7是
距太阳最近恒星系
任意确定的。该分类法只限于从地球上所见的星系外形,原因是很难确定椭圆星系在空间中的角度。旋涡星系分为两族,一族是中央有棒状结构的棒旋星系,用SB表示;另一种是无棒状结构的旋涡星系,用S表示。这两类星系又分别被细分为三个次型,分别用下标a、b、c表示星系核的大小和旋臂缠绕的松紧程度。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。

旋涡星系

  外形呈旋涡结构,有明显的核心,核心呈透镜形,核心球外是一个薄薄的圆盘,有几条旋臂,在旋涡星系中有一类的核心不是球形,而是棒状,旋臂从棒的两端生出,称为棒旋星系。旋涡星系的代号为S型,棒旋星系的记为SB型。旋涡星系也好,棒旋星系也好一般都在S或SB后面另加a、b、c等英文字母,用来表示旋臂的出松紧程度,a表示最紧,c表示最松。

不规则星系

  外形不规则,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性的星系,用字母Irr表示。在全天最亮星系中,不规则星系只占5%。按星系分类法,不规则星系分为Irr I型和Irr II型两类。 I型的是典型的不规则星系,除具有上述的一般特征外,有的还有隐约可见不甚规则的棒状结构。它们是矮星系,质量为太阳的一亿倍到十亿倍,也有可高达100亿倍太阳质量的。它们的体积小,长径的幅度为2~9千秒差距。星族成分和Sc型螺旋星系相似:O-B型星、电离氢区、气体和尘埃等年轻的星族I天体占很大比例。II型的具有无定型的外貌,分辨不出恒星和星团等组成成分,而且往往有明显的尘埃带。 一部分II型不规则
黄色双恒星系
星系可能是正在爆发或爆发后的星系,另一些则是受伴星系的引力扰动而扭曲了的星系。所以I型和II型不规则星系的起源可能完全不同。

  宇宙中的大部分大星系都是旋涡星系,其次是椭圆星系,不规则星系占的比较最小。旋涡星系自转得比较快,其盘面中含有大量尘埃和气体,这些物质聚集成能供恒星形成的区域。这些区域发育出含有许多蓝星的旋臂,所以盘面的颜色看上去偏蓝。而在其棒状结构和中央核球上稠密地分布着许多年老的恒星。与旋涡星系相比,椭圆星系自转得非常慢,其结构是均匀而对称的,没有旋臂,尘埃和气体也极少。造成这种局面的原因是早在数十亿年前恒星迅速形成时就已经将椭圆星系中的所有尘埃和气体消耗完了。其结果是造成这些星系中无法诞生新的恒星,因此椭圆星系中包含的全都是老年恒星。

银河系

  在没有灯光干扰的晴朗夜晚,如果天空足够黑,你可以看到在天空中有一条弥漫的光带。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。银河系内有约两千
恒星系
多亿颗恒星,只是由于距离太远而无法用肉眼辩认出来。由于星光与星际尘埃气体混合在一起,因此看起来就像一条烟雾笼罩着的光带。银河系的中心位于人马座附近。

  银河系是一个中型恒星系,它的银盘直径约为十二万光年。它的银盘内含有大量的星际尘埃和气体云,聚集成了颜色偏红的恒星形成区域,从而不断地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。已知的这类疏散星团约有一千两百多个。银盘四周包围着很大的银晕,银晕中散布着恒星和主要由老年恒星组成的球状星团。

河外星系

  它们是与银河系类似的天体系统,距离都超出了银河系的范围,因此称它们为“河外星系”。仙女座星系就是位于仙女座的一个河外星系。河外星系与银河系一样,也是由大量的恒星、星团、星云和星际物质组成。目前我们观测到的星系有10亿个之多。

宇宙的诞生

  我们现在观察到的宇宙,其边界大约有100多亿光年。它由众多的星系所组成。地球是太阳系的一颗普通行星,而太阳系是银河系中一颗普通恒星。我们所观察到恒星、行星、慧星、星系等是怎么产生的呢?宇宙学说认为,我们所观察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一个很小、温度极高、密度极大的奇点。在150亿年到200亿年前,奇点发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。

  宇宙原始大爆炸后0.01秒,宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要

  
恒星系
形式是电子、光子中微子。以后,物质迅速扩散,温度迅速降低。大爆炸后1秒钟,下降到100亿度。大爆炸后14秒,温度约30亿度。35秒后,为3亿度,化学元素开始形成。温度不断下降,原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下,形成恒星系统,恒星系统又经过漫长的演化,成为今天的宇宙。物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界,狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙,现在相当于天文学中的“总星系”。2003年2月份,美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示,宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份,国际天体物理学研究小组宣称,宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。

  词源考察在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向,如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜,即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说:“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词,“宙”指时间,“合”(即“六合”)指空间,与“宇宙”概念最接近。

  在西方,宇宙这个词在英语中叫cosmos,在俄语中叫кocMoc,在德语中叫kosmos,在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ,古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上,universitas又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造。宇宙观念的发展宇宙结构观念的发展远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央

  
恒星系
则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。恒星系或称星系,是宇宙中庞大的星星的“岛屿”,它也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。到目前为止,人们已在宇宙观测到了约一千亿个星系。它们中有的离我们较近,可以清楚地观测到它们的结构;有的非常遥远,目前所知最远的恒星系离我们有近两百亿光年。

恒星系数量

综述

  宇宙中有无数个恒星系,每一个恒星系包含着无数颗恒星。那么,有多少颗恒星拥有自己的行星呢?在这些行星中又有多少具备构成生命所必需的元素及生命存在所必需的环境呢?

行星广布

  生命并不是行星间共有的,而是行星形成时自然而然产生的。1995年,在环绕佩加西—51号星的轨道上发现了一个巨大星体,之后又发现了24颗围绕不同恒星运转的大行星,其中有些比木

  
恒星系
星还大几倍。近些年来,已有12个潜在的行星系被找到。它们的存在说明行星在宇宙间并不稀有。“哈勃”望远镜对猎户座星云的观测结果有力地支持了以上理论。从猎户座的星云图上,可以看到圆盘状的尘埃云环绕着年轻的恒星。可以肯定地说,在这孕育行星的摇蓝中,新行星的形成正如火如荼。

生命要素

  目前,人类已经掌握了许多行星系的丰富资料,因而可以设想,在已知的行星中,一定会有体积大小与地球相似的行星存在。但是,这些行星是否拥有“生命要素”呢?正如我们所知,生命要存在,就要有形成生命以及维持生命所必需的化合物,而且还得有特定的环境使它们可以组合,从而为生命起源奠定基础。起初,在宇宙间只存在氢和氦。形成生命所必需的化合物中的重元素,如碳、氮、、氧以及硫都是在恒星不断产生和毁灭的循环中产生的。这一循环或许以百万到10亿年为一个周期。只有经历若干代恒星的生死循环之后,才有可能形成拥有生命的行星。环顾银河系和整个宇宙,可以发现生命所需的各种元素最初是均匀分布的,已知星体内到处不停地发生着复杂的有机化学反应。由双原子形成的化合物多种多样,随着分子中原子种类的不断增加,、氢、形成的化合物在有机化合物中逐渐占据了支配地位,以致在所有原子种类大于或等于7的化合物中不再有其他元素存在。结构更加复杂的含碳化合物包括从氨基酸(如甘氨酸)到多环芳香族碳氢化合物这类耐高温、耐腐蚀的复杂化合物。在早期的地球上,留有慧星、小行星与它猛烈碰撞产生的痕迹。

生命的奥秘

  有机化合物具有光学异构体,这种构型被称为左旋和右旋。偏手性表示只有左旋或只有右旋构型的现象。生命的核心秘密之一在于组成它的化学物质具有偏手性,产生具有立体结构特异性的有机分子是地球生命的特征。左旋的氨基酸分子和右旋的糖分子是生命物质的基础。在科学界中,对于这种生命特性的起源仍未有定论。偏手性是在生命起源时就存在抑或是由进化选择而来的呢?多年来对陨石
恒星系
的研究表明,它们富有多种有机化合物,这对于探索地球生命起源具有重要意义。两位科学家对一块莫企逊陨石的氨基酸进行了左旋与右旋的比例测定,发现左旋氨基酸分子偏多。一般来说,通常的测定结果可能受地球上的污染物影响,但这次测定的是来自地球以外、未被地球生命利用过的氨基酸。这表明当地球形成时,在它临近区域内的有机化合物中已存在着左旋构型多于右旋构型的现象,以后在地球上,氨基酸分子慢慢演变为只有左旋构型。

生命易乎?

  在地球上,生命的形成是非常迅速的。地球形成后的激烈震荡大约在39亿年前才结束。只有当这种震荡减弱之后,地球上才有可能形成海洋,并一直保有它。4亿年过去后,地球上出现了微生物群落。化学家们认为,构成生命所必需的复杂化合物是如此稳定,在几千万年内形成生命一定不是难事。当你抬头欣赏夜晚的天空时,你所看到的星星距离地球大多在80光年以内。大多数恒星燃烧得太亮或是运行得太快,使得液态水无法在它的行星表面长期存在。除去那些即生即灭的恒星,在80光年半径内还有近1000颗稳定的星体,如果在类似地球的星体上存在生命的可能性达到1/1000,那么我们就一定会有“芳邻”。让我们努力去寻找并拜访他们的家园吧!

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