星系

星系

《論地球起源與演化》對星系的定義是:在宇宙中,由兩顆或兩顆以上星球所形成的繞轉運動組合體。星系的英語詞galaxy源自於希臘語的γαλαξίας (galaxias)。廣義上星系指無數的恆星系(當然包括恆星的自體)、塵埃(如星雲)組成的運行系統。指參考我們的銀河系,是一個包含恆星、星團、星雲、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質,並且受到重力束縛的大質量系統,通常距離都在幾百萬光年以上。星系平均有數百億顆恆星,是構成宇宙的基本單位。典型的星系,從只有數千萬(107)顆恆星的矮星繫到上兆(1012)顆恆星的橢圓星系都有,全都環繞著質量中心運轉。除了單獨的恆星和稀薄的星際物質之外,大部分的星系都有數量龐大的多星系統、星團以及各種不同的星雲。

基本信息

分類

星系主要分成三類:橢圓星系螺鏇星系不規則星系。對星系類型更明確與廣泛的描述會在哈柏序列的條目中敘述。因為哈柏序列是根據視覺的型態,他也許會錯過某些星系的重要特徵,例如恆星形成率(在星爆星系或活躍星系的核心)。

根據哈柏分類法,星系的類型E表示橢圓星系,S是螺鏇星系,SB是棒鏇星系。

橢圓星系

橢圓星系橢圓星系

哈柏分類法根據橢圓星系橢率的估計進行分類,從E0,接近圓形的,到E7,非常瘦長的。這些星系,不論視線的角度是如何,都有著橢圓形的外觀。她們看似沒有任何的結構,而且相對來說星際物質的成分也很少。通常這些星系會有少量的疏散星團和少量新形成的恆星,取而代之的是老年的,與以各種不同方向環繞星系的中心,已經成熟的恆星為主。她們的一些性質類似小了許多的球狀星團。

大部分的星系都是橢圓星系,許多橢圓星系相信是經由星系的互動作用,碰撞或是合併,產生的。她們可以長成極大的體積(與螺鏇星系比較)而且巨大的橢圓星系經常出現在星系群的中心區域。星爆星系是星系碰撞後的結果,可能導致巨大橢圓星系的形成。

類型

星系星系

根據哈柏分類法,星系的類型E表示橢圓星系,S是螺鏇星系,SB是棒鏇星系。

橢圓星系分為七種類型,按星系橢圓的扁率從小到大分別用E0-E7表示,最大值7是任意確定的。該分類法只限於從地球上所見的星系外形,原因是很難確定橢圓星系在空間中的角度。

不規則星系沒有一定的形狀,而且含有更多的塵埃和氣體,用Irr表示。另有一類用S0表示的透鏡型星系,表示介於橢圓星系和鏇渦星系之間的過渡階段的星系。

屬E0型橢圓星系的NGC4552。該星系位於室女座。

NGC4486,同樣位於室女座,屬E1型橢圓星系。

NGC4479屬於E4型橢圓星系,位於室女座。

NGC205橢圓星系,屬於E6型,位於仙女座。

位於六分儀座的NGC3115,屬E7型橢圓星系,也有把它歸為S0型的。

螺鏇星系

星系星系

在螺鏇星系,螺鏇臂的形狀近似對數螺線,在理論上顯示這是大量恆星一致轉動造成的一種干擾模式。像恆星一樣,螺鏇臂也繞著中心鏇轉,但是鏇轉的角速度並不是常數,這意味著恆星會穿越過螺鏇臂,螺鏇臂則是高密度區或是密度波。當恆星進入螺鏇臂,他們會減速,因而創造出更高的密度;這就類似波將在高速公路上的車速延緩一樣。螺鏇臂能被看見,是因為高密度促使恆星在此處誕生,因而螺鏇臂上有許多明亮和年輕的恆星。

我們自己的星系,銀河系,有時就簡稱為銀河,是一個有巨大星系盤的棒鏇星系,直徑大約三萬秒差距或是十萬光年,厚度則約為三千光年;擁有約三千億顆恆星(3×1011)和大約六千億顆太陽的質量。

鏇渦星系(Spiral Galaxy, S-type Galaxy)

漩渦星系漩渦星系

具有鏇渦結構的河外星系稱為鏇渦星系,在哈勃的星系分類中用S代表.螺鏇星系的螺鏇形狀,

最早是在1845年觀測獵犬座星系M51時發現的.螺鏇星系的中心區域為透鏡狀,周圍圍繞著扁平的圓盤.從隆起的核球兩端延伸出若干條螺線狀鏇臂,疊加在星系盤上.螺鏇星系可分為正常漩渦星系和棒鏇星系兩種.按哈勃分類,正常漩渦星系又分為a、b、c三種次型:Sa型中心區大,稀疏地分布著緊卷鏇臂;Sb型中心區較小,鏇臂較大並較開展;Sc型中心區為小亮核,鏇臂大而鬆弛。除了鏇臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、電離氫區外,同時還有大量的塵埃和氣體分布在星系盤上。從側面看在主平面上呈現為一條窄的塵埃帶,有明顯的消光現象。漩渦星系通常有一個籠罩整體的、結構稀疏的暈,叫做星系暈。其中主要是星族Ⅱ天體,其典型代表是球狀星團。一個中等質量的漩渦星系往往有100~300個球狀星團。隨機地散布在星系盤周圍空間。在往外,可能還有更稀疏的氣體球,稱為星系暈。漩渦星系的質量為十億到一萬億個太陽質量,對應的光度是絕對星等-15~-21等。直徑範圍是5~50Kpc。Sa型星系的總光譜型為K,Sb型為F~K,Sc型為A~F。產生總光譜的主要天體既有高光度早型星,又有高光度晚型星。星族Ⅰ天體組成星系盤和鏇臂,星族Ⅱ天體主要構成星系核、星系暈和星系冕。

棒鏇星系(Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)

棒鏇星系棒鏇星系

棒鏇星系是中心呈長棒形狀的螺鏇形星系,一般的螺鏇形星系的中心是有圓核的,而棒鏇形星系的中心是棒形狀,

棒的兩邊有鏇形的臂向外伸展。

鏇渦星系,分為兩族,一族是中央有棒狀結構的棒鏇星系,用SB表示;

另一種是無棒狀結構的鏇渦星系,用S表示。這兩類星系又分別被細分為三個次型,分別用下標a、b、c表示星系核的大小和鏇臂纏繞的鬆緊程度。

類型:

位於獅子座的NGC3623,屬Sa型鏇渦星系。

屬Sb型的NGC3627鏇渦星系,位於獅子座。

NGC3351位於獅子座,屬SBb型棒鏇星系。

SBc型棒鏇星系NGC3992,位於獅子座。

矮星系

星系星系

儘管橢圓星系和螺鏇星系是很明顯與突出的,宇宙中大部分的星系都是矮星系,這些微小的星系都不到銀河系百分之一的大小,只擁有數十億顆的恆星。許多矮星系可能都會環繞著單獨的大星系運轉,我們的銀河至少就有一打這樣的矮星系。矮星系依樣可以分成橢圓、螺鏇和不規則。因為矮橢圓星系外觀上與大的橢圓星系有一點相似,因此她們經常被稱為矮球狀星系來取代。

類型

獵犬座的NGC5194鏇渦星系,屬Sc型。左側是一個矮星系。

活躍星系

太空星系神秘笑臉太空星系神秘笑臉

有部分我們觀察到的星系被分類為活躍星系,也就是說,來自星系的總能量除了恆星、塵埃和星際介質之外,還有另一個重要的來源。像這樣的活躍星系核的標準模型,根據能量的分布,認為是物質掉落入位在核心區域的超重質量黑洞造成的。

X射線的形式,輻射出高能量的星系被分類為賽弗特星系、類星體、或蝎虎BL類星體。從由核心噴發出的相對噴流發射出無線電頻率的活躍星系被分類為無線電星系。在統一場論的星系模型中,這些不同類的星系被解釋為從不同角度觀察所得到的結果。

不規則星系

斑斕星空斑斕星空

不規則星系(Irregular Galaxy, Irr-type Galaxy)外形不規則,沒有明顯的核和鏇臂,沒有盤狀對稱結構或者看不出有鏇轉對稱性的星系,用字母Irr表示。在全天最亮星系中,不規則星系只占5%。按星系分類法,不規則星系分為Irr I型和Irr II型兩類。I型的是典型的不規則星系,除具有上述的一般特徵外,有的還有隱約可見不甚規則的棒狀結構。它們是矮星系,質量為太陽的一億倍到十億倍,也有可高達100億倍太陽質量的。它們的體積小,長徑的幅度為2~9千秒差距。星族成分和Sc型螺鏇星系相似:O-B型星、電離氫區、氣體和塵埃等年輕的星族I天體占很大比例。II型的具有無定型的外貌,分辨不出恆星和星團等組成成分,而且往往有明顯的塵埃帶。一部分II型不規則星系可能是正在爆發或爆發後的星系,另一些則是受伴星系的引力擾動而扭曲了的星系。所以I型和II型不規則星系的起源可能完全不同。

類型

銀河系的衛星系“大麥哲倫雲”,屬不規則星系。

NGC3034不規則星系,位於大熊星座。

獨立星系和從屬星系

按照星系之間是否有隸屬關係,將宇宙中的星系劃分為獨立星系和從屬星系。在宇宙空間中獨立運行,它沒有環繞中心體鏇轉,這樣的星系叫做獨立星系。而環繞中心體運行的星系如太陽系繞銀心運轉,地月星系繞太陽運轉,這樣的星系叫做從屬星系。

核鏇轉星系和核不鏇轉星系

按照中心星是否鏇轉,劃分為核鏇轉星系和核不鏇轉星系。在宇宙中獨立星系它的核有的鏇轉有的不鏇轉。而從屬星系它的核都是鏇轉的。

直線運動星系和曲線運動星系

按照星系運行的軌跡,劃分為直線運動星系和曲線運動星系。在宇宙空間中,那些獨立星系在主星帶領下按照主星形成時的射線方向在宇宙空間內進行直線運行。有的星系如從屬星系則是繞著主星進行曲線運行。

系內星系和宇宙星系

星系星系

按照星系所在的空間位置,劃分為系內星系和宇宙星系。凡是在星系內運動的星系叫做系內星系;凡是在星系外宇宙空間裡獨立運動的星系叫做宇宙星系。

年老星系和年輕星系

按照星系形成的年齡,劃分為年老星系和年輕星系。凡是那些在宇宙空間中或在星系內部形成時間比較長年齡大的星系叫做年老星系,年老的星系大都已演化成為比較規則的星系;在宇宙空間或在星系內部有的星系剛剛形成或形成不久,這樣的星系叫做年輕的星系,年輕的星系大都呈不規則狀態。

中心式星系和伴星式星系

按照星系中星球的關係,劃分為中心式星系和伴星式星系。由眾小質量星球繞大質量星球運動所組成的星系叫做中心式星系,如太陽系、銀河系等;由兩顆星球互繞二者中心質點運動所組成的星系叫做伴星式星系,如地球和月亮所組成的地月星系。

術語

星系圖片星系圖片

1、橢圓星系:呈橢圓形,沒有懸臂結構。

其中又分為:E0,E1……E7,數字越大,星系越扁

2、漩渦星系

(1)核心部分為橢圓形:Sa,Sb,Sc

(2)出現棒狀結構:SBa,SBb

(3)透鏡星系:介於E與Sa之間:SO

3、不規則星系

Irr1(羅馬數字):顏色偏藍

Irr2(羅馬數字):顏色偏黃

銀河系

銀河系圖片銀河系圖片

在沒有燈光干擾的晴朗夜晚,如果天空足夠黑,你可以看到在天空中有一條瀰漫的光帶。這條光帶就是我們置身其內而側視銀河系時所看到的它布滿恆星的圓面——銀盤。銀河系內有約兩千多億顆恆星,只是由於距離太遠而無法用肉眼辯認出來。由於星光與星際塵埃氣體混合在一起,因此看起來就像一條煙霧籠罩著的光帶。銀河系的中心位於人馬座附近。

銀河系是一個中型恆星系,它的銀盤直徑約為十二萬光年。它的銀盤內含有大量的星際塵埃和氣體雲,聚集成了顏色偏紅的恆星形成區域,從而不斷地給星系的鏇臂補充熾熱的年輕藍星,組成了許多疏散星團或稱銀河星團。已知的這類疏散星團約有一千兩百多個。銀盤四周包圍著很大的銀暈,銀暈中散布著恆星和主要由老年恆星組成的球狀星團。

天鵝-人馬座方向的銀河。

輝煌的銀河系中心(銀核)部分。

輝煌的銀河系中心(銀核)部分II。

織女、牽牛星-人馬座方向的銀河。

天鷹-人馬座方向的銀河。

長盾-人馬座方向的銀河。

從我們所處的角度很難確切地知道銀河系的形狀。但隨著近代科技的發展,探測手段的進步在某種程度上克服了這些障礙,揭示出銀河系具有的某些出人意料的特徵。長期以來人們一直以為銀河系是一個典型的鏇渦星系,與仙女座星系類似。但最近的觀測卻發現,它的中央核球稍帶棒形。這意味著銀河系很可能是一種棒鏇星系。另外,銀河系是一個比較活躍的星系,銀核有強烈的宇宙射線輻射,在那裡恆星以高速圍繞著一個不可見的中心鏇轉。這表明在銀河系的核心有一個超大質量的黑洞。

銀河系有兩個較矮小的鄰居——大麥哲倫雲和小麥哲倫雲,它們都屬於不規則星系。由於引力的作用,銀河系在不斷地從這兩個小星系中吸取塵埃和氣體,使這兩個鄰居中的物質越來越少。預計在一百億年里,銀河系將會吞沒這兩個星系中的所有物質,這兩個近鄰將不復存在。

河外星系

仙女座星系仙女座星系

它們是與銀河系類似的天體系統,距離都超出了銀河系的範圍,因此稱它們為“河外星系”。仙女座星系就是位於仙女座的一個河外星系。河外星系與銀河系一樣,也是由大量的恆星、星團、星雲和星際物質組成。我們能觀測到的河外星系有100億個之多。

20世紀20年代,美國天文學家哈勃在仙女座大星雲中發現了一種叫作“造父變星”的天體,從而計算出星雲的距離,終於肯定它是銀河系以外的天體系統,稱它們為“河外星系”。河外星系,簡稱為星系,是位於銀河系之外、由幾十億至幾千億顆恆星、星雲和星際物質組成的天體系統。之所以稱之為河外星系,是因為他們全部都存在於銀河系之外,即所有銀河系之外的所有天體系統被稱為河外星系。而銀河系與河外星系即組成了天文學對於天體的最高稱呼----總星系。銀河系也只是總星系中的一個普通星系。人類估計河外星系包含的天體及天體系統總數在千億個以上,它們如同遼闊海洋中星羅棋布的島嶼,故也被稱為"宇宙島"。 關於河外星系的發現過程可以追溯到兩百多年前。在當時法國天文學家梅西耶( Messier Charles ) 為星雲編制的星表中,編號為M31的星雲在天文學史上有著重要的地位。初冬的夜晚,熟悉星空的人可以在仙女座內用肉眼找到它——一個模糊的斑點,俗稱仙女座大星雲。從1885年起,人們就在仙女座大星雲里陸陸續續地發現了許多新星,從而推斷出仙女座星雲不是一團通常的、被動地反射光線的塵埃氣體雲,而一定是由許許多多恆星構成的系統,而且恆星的數目一定極大,這樣才有可能在它們中間出現那么多的新星。如果假設這些新星最亮時候的亮度和在銀河系中找到的其它新星的亮度是一樣的,那么就可以大致推斷出仙女座大星雲離我們十分遙遠,遠遠超出了我們已知的銀河系的範圍。但是由於用新星來測定的距離並不很可靠,因此也引起了爭議。直到1924年,美國天文學家哈勃用當時世界上最大的2.4米口徑的望遠鏡在仙女座大星雲的邊緣找到了被稱為"量天尺"的造父變星,利用造父變星的光變周期和光度的對應關係才定出仙女座星雲的準確距離,證明它確實是在銀河系之外,也像銀河系一樣,是一個巨大、獨立的恆星集團。因此,仙女星雲應改稱為仙女星系。從河外星系的發現,可以反觀我們的銀河系。它僅僅是一個普通的星系,是千億星系家族中的一員,是宇宙海洋中的一個小島,是無限宇宙中很小很小的一部分。

星系之最

最老星系

最老星系最老星系

2011年4月12日,歐洲宇航局宣布,一個國際天文學研究小組發現了一個距今135.5億年的星系,這是已知最古老的星系。這一發現有助於揭開宇宙“黑暗時代”之謎。

根據科學界普遍認可的大爆炸理論,我們的宇宙是137.5億年前由一個非常小的點爆炸形成的。隨著宇宙的膨脹,大爆炸約38萬年後,能量逐漸形成了物質,大量氫氣彌散在宇宙中。這時由於沒有新的光源產生,宇宙是黑暗的。儘管此後逐漸有恆星、星系誕生,但他們產生的光仍然很暗,並且被彌散在宇宙中的“氫氣霧”遮掩,直到10億年後,星系越來越多,“氫氣霧”被它們產生的電磁輻射驅散後,宇宙才開始亮起來。這10億年被稱為宇宙“黑暗時代”。對“黑暗時代”的研究是當今科學前沿課題之一,而發現和研究在“黑暗時代”誕生的恆星和星系是揭開這一時代奧秘的關鍵。

2012年1月,由美國科學家牽頭的一個國際天文學研究小組也曾在英國《自然》雜誌上宣布,利用哈勃太空望遠鏡發現了最古老星系,它誕生於宇宙大爆炸最初的4.8億年,而新發現的古老星系則誕生於宇宙大爆炸最初的2億年,比前者年長2.8億年。這一星系是由法國里昂大學里昂天文台約翰·理察領導的研究小組發現的,他們利用美國哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡發現了該星系,然後利用美國夏威夷凱克天文台的儀器測定了它距地球的距離為128億光年,這說明該星系至少誕生於128億年前。對該星系光譜的進一步研究顯示,該星系中最早的恆星已有7.5億年歷史,研究人員因此斷定該星系誕生於135.5億年前。這一成果發表在英國《皇家天文學會月刊》上。

最大的星系

在宇宙中,最大的星系是距離地球大約10.7億光年的阿貝爾2029星系群的中心星系——IC1101,其直徑為560萬光年,此星系相當於銀河系直徑的50多倍。

最遠的星系

最遠星系最遠星系

美國加利福尼亞理工學院的幾名天體物理學家發現了已知的距離地球最遠的星系。這是一個非常小的星系,距離地球的距離為130億光年。這一星系的發現者之一,天體物理學家理察·埃利斯表示:“我們非常確信這是已知的距離地球最遠的物體。

這些天體物理學家使用了兩個功率強大的天文望遠鏡,其中一個在太空,另外一個在夏威夷。科學家利用這兩個天文望遠鏡,再利用Abell2218星系團的重力透鏡作用發現了來自這一遙遠星系的光線。重力透鏡作用最早是由著名科學家愛因斯坦發現的,它指的是在重力的作用下會使光線發生扭曲,從而產生透鏡的效果。這種效果通常我們完全感覺不到,但是當光線來自於幾十億光年之外時這種作用就非常明顯了。另一位天文物理學家保羅·內布表示:“如果沒有重力透鏡作用,利用現有的天文望遠鏡是不可能發現這么遠的星系的。”

哈佛大學天文物理學科學家羅伯特·科什納表示這一發現對於天文學研究來說意義重大,他說:“這一發現證實了科學家們此前很多的猜測,讓人們了解到宇宙中第一顆行星是什麼時候才開始發光的。”科學家們發現這一新發現的星系的跨度只有2000光年,比我們的銀河系要小的多,銀河系的直徑達到了10萬光年。

埃利斯指出:“宇宙學家們認為早期星系所包含的恆星同構成現在星系的恆星是有很大區別的,而天體物理學家們則認為黑暗時期以後構成星系的恆星大體相同。”黑暗時期指的是137億年前宇宙大爆炸開始到第一顆行星開始發光的這段時間,還沒有人知道黑暗時期到底持續了多長時間。

天文學分類導航

天文學,是研究宇宙空間天體的學科。主要通過觀測天體發射到地球的輻射,發現並測量它們的位置、探索它們的運動規律、研究它們的物理性質、化學組成、內部結構、能量來源及其演化規律。”
天文學家 天文現象 天體 宇宙天文
天文觀測 天文術語 宇宙 曆法
天文學著作 天文台 天體測量

天文學基本術語

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