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恒星系（宇宙中最大的天體系統(tǒng)之一）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-24

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恒星系

宇宙中最大的天體系統(tǒng)之一

恒星系或稱星系，是宇宙中龐大的星星的“島嶼”，它也是宇宙中最大、最美麗的天體系統(tǒng)之一。到目前為止，人們已在宇宙觀測到了約一千億個星系。銀河系也只是一個普通的星系。人們估計(jì)恒星系的總數(shù)在千億個以上，它們?nèi)缤|闊海洋中星羅棋布的島嶼，故也被稱為"宇宙島"。它們中有的離我們較近，可以清楚地觀測到它們的結(jié)構(gòu)；有的非常遙遠(yuǎn)，目前所知最遠(yuǎn)的星系離我們有132億光年，被命名為Abell1835IR1916。

基本信息

中文名	恒星系
外文名	Star system
距地距離	132億光
別稱	宇宙島
又稱	星系
命名	Abell1835IR1916

收起

概述

距地球848光年的年輕恒星系

關(guān)于恒星系的發(fā)現(xiàn)過程可以追溯到兩百多年前。在當(dāng)時法國天文學(xué)家梅西耶(Messier Charles)為星云編制的星表中，編號為M31的星云在天文學(xué)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(nèi)用肉眼找到它——一個模糊的斑點(diǎn)，俗稱仙女座大星云。從1885年起，人們就在仙女座大星云里陸陸續(xù)續(xù)地發(fā)現(xiàn)了許多新星，從而推斷出仙女座星云不是一團(tuán)通常的、被動地反射光線的塵埃氣體云，而一定是由許許多多恒星構(gòu)成的系統(tǒng)，而且恒星的數(shù)目一定極大，這樣才有可能在它們中間出現(xiàn)那么多的新星。如果假設(shè)這些新星最亮?xí)r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云離我們十分遙遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們已知的銀河系的范圍。但是由于用新星來測定的距離并不很可靠，因此也引起了爭議。直到1924年，美國天文學(xué)家哈勃用當(dāng)時世界上最大的2.4米口徑的望遠(yuǎn)鏡在仙女座大星云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(yīng)關(guān)系才定出仙女座星云的準(zhǔn)確距離，證明它確實(shí)是在銀河系之外，也像銀河系一樣，是一個巨大、獨(dú)立的恒星集團(tuán)。因此，仙女星云應(yīng)改稱為仙女星系。

星系的演化

按照宇宙大爆炸理論，第一代星系大概形成于大爆炸發(fā)生后十億年。在宇宙誕生的最初瞬間，有一次原始能量的爆發(fā)。隨著宇宙的膨脹和冷卻，引力開始發(fā)揮作用，然后，幼年宇宙進(jìn)入一個稱為“暴漲”的短暫階段。原始能量分布中的微小漲落隨著宇宙的暴漲也從微觀尺度急劇放大，從而形成了一些“溝”，星系團(tuán)就是沿著這些“溝”形成的。

恒星系

隨著暴漲的轉(zhuǎn)瞬即逝，宇宙又回復(fù)到如今日所見的那樣通常的膨脹速率。在宇宙誕生后的第一秒鐘，隨著宇宙的持續(xù)膨脹冷卻，在能量較為“稠密”的區(qū)域，大量質(zhì)子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。一百秒后，質(zhì)子和中子開始結(jié)合成氦原子核。在不到兩分鐘的時間內(nèi)，構(gòu)成自然界的所有原子的成分就都產(chǎn)生出來了。大約再經(jīng)過三十萬年，宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的云。不久，星系就在其中形成了。

大爆炸發(fā)生過后十億年，氫云和氦云開始在引力作用下集結(jié)成團(tuán)。隨著云團(tuán)的成長，初生的星系即原星系開始形成。那時的宇宙較小，各個原星系之間靠得比較近，因此相互作用很強(qiáng)。于是，在較稀薄較大的云中凝聚出一些較小的云，而其余部分則被鄰近的云所吞并。

同時，原星系由于氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星系的質(zhì)量變得越大，它們吸引的氣體也就越多。一個個云團(tuán)各自的運(yùn)動加上它們之間的相互作用，最終使得原星系開始緩慢自轉(zhuǎn)。這些云團(tuán)在引力的作用下進(jìn)一步坍縮，一些自轉(zhuǎn)較快的云團(tuán)形成了盤狀；其余的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質(zhì)后，便在其中開始形成恒星。這時的宇宙面貌與今天便已經(jīng)差不多了。星系成群地聚集在一起，就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體云中，這樣的星系團(tuán)和星系際氣體伸展成纖維狀的結(jié)構(gòu)，長度可以達(dá)到數(shù)億光年。如此大尺度的星系的群集在廣闊的空間呈現(xiàn)為球形。

星系的分類

綜述

宇宙中沒有兩個星系的形狀是完全相同的，每一個星系都有自己獨(dú)特的外貌。但是由于星系都是在一個有限的條件范圍內(nèi)形成，因此它們有一些共同的特點(diǎn)，這使人們可以對它們進(jìn)行大體的分類。在多種星系分類系統(tǒng)中，天文學(xué)家哈勃于1925年提出的分類系統(tǒng)是應(yīng)用得最廣泛的一種。哈勃根據(jù)星系的形態(tài)把它們分成三大類：橢圓星系、旋渦星系和不規(guī)則星系。

橢圓星系

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。該分類法只限于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。旋渦星系分為兩族，一族是中央有棒狀結(jié)構(gòu)的棒旋星系，用SB表示；另一種是無棒狀結(jié)構(gòu)的旋渦星系，用S表示。這兩類星系又分別被細(xì)分為三個次型，分別用下標(biāo)a、b、c表示星系核的大小和旋臂纏繞的松緊程度。不規(guī)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，表示介于橢圓星系和旋渦星系之間的過渡階段的星系。

旋渦星系

外形呈旋渦結(jié)構(gòu)，有明顯的核心，核心呈透鏡形，核心球外是一個薄薄的圓盤，有幾條旋臂，在旋渦星系中有一類的核心不是球形，而是棒狀，旋臂從棒的兩端生出，稱為棒旋星系。旋渦星系的代號為S型，棒旋星系的記為SB型。旋渦星系也好，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，用來表示旋臂的出松緊程度，a表示最緊，c表示最松。

不規(guī)則星系

黃色雙恒星系

外形不規(guī)則，沒有明顯的核和旋臂，沒有盤狀對稱結(jié)構(gòu)或者看不出有旋轉(zhuǎn)對稱性的星系，用字母Irr表示。在全天最亮星系中，不規(guī)則星系只占5%。按星系分類法，不規(guī)則星系分為IrrI型和IrrII型兩類。I型的是典型的不規(guī)則星系，除具有上述的一般特征外，有的還有隱約可見不甚規(guī)則的棒狀結(jié)構(gòu)。它們是矮星系,質(zhì)量為太陽的一億倍到十億倍，也有可高達(dá)100億倍太陽質(zhì)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型螺旋星系相似:O-B型星、電離氫區(qū)、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，分辨不出恒星和星團(tuán)等組成成分，而且往往有明顯的塵埃帶。一部分II型不規(guī)則星系可能是正在爆發(fā)或爆發(fā)后的星系，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(guī)則星系的起源可能完全不同。

宇宙中的大部分大星系都是旋渦星系，其次是橢圓星系，不規(guī)則星系占的比較最小。旋渦星系自轉(zhuǎn)得比較快，其盤面中含有大量塵埃和氣體，這些物質(zhì)聚集成能供恒星形成的區(qū)域。這些區(qū)域發(fā)育出含有許多藍(lán)星的旋臂，所以盤面的顏色看上去偏藍(lán)。而在其棒狀結(jié)構(gòu)和中央核球上稠密地分布著許多年老的恒星。與旋渦星系相比，橢圓星系自轉(zhuǎn)得非常慢，其結(jié)構(gòu)是均勻而對稱的，沒有旋臂，塵埃和氣體也極少。造成這種局面的原因是早在數(shù)十億年前恒星迅速形成時就已經(jīng)將橢圓星系中的所有塵埃和氣體消耗完了。其結(jié)果是造成這些星系中無法誕生新的恒星，因此橢圓星系中包含的全都是老年恒星。

銀河系

恒星系

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彌漫的光帶。這條光帶就是我們置身其內(nèi)而側(cè)視銀河系時所看到的它布滿恒星的圓面——銀盤。銀河系內(nèi)有約兩千多億顆恒星，只是由于距離太遠(yuǎn)而無法用肉眼辯認(rèn)出來。由于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。銀河系的中心位于人馬座附近。

銀河系是一個中型恒星系，它的銀盤直徑約為十二萬光年。它的銀盤內(nèi)含有大量的星際塵埃和氣體云，聚集成了顏色偏紅的恒星形成區(qū)域，從而不斷地給星系的旋臂補(bǔ)充熾熱的年輕藍(lán)星，組成了許多疏散星團(tuán)或稱銀河星團(tuán)。已知的這類疏散星團(tuán)約有一千兩百多個。銀盤四周包圍著很大的銀暈，銀暈中散布著恒星和主要由老年恒星組成的球狀星團(tuán)。

河外星系

它們是與銀河系類似的天體系統(tǒng),距離都超出了銀河系的范圍，因此稱它們?yōu)椤昂油庑窍怠薄Ｏ膳窍稻褪俏挥谙膳囊粋€河外星系。河外星系與銀河系一樣，也是由大量的恒星、星團(tuán)、星云和星際物質(zhì)組成。我們觀測到的星系有10億個之多。

宇宙的誕生

人類目前技術(shù)手段可觀測到的宇宙，其范圍大約有430多億光年?？梢暤挠钪嬗沙^1千億個星系組成。地球是太陽系的一顆普通行星，而太陽系是銀河系中一顆普通恒星。我們所觀察到恒星、行星、慧星、星系等是怎么產(chǎn)生的呢？宇宙暴漲模型認(rèn)為，我們所觀察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一個很小、溫度極高、密度極大的奇點(diǎn)。在138億年前，奇點(diǎn)發(fā)生各向同性爆炸。

宇宙原始大爆炸后10的負(fù)38次方秒內(nèi)，宇宙的溫度大約為1000億度。物質(zhì)存在的主要

形式是電子、光子、中微子。以后，物質(zhì)迅速擴(kuò)散，溫度迅速降低。大爆炸后1秒鐘，下降到100億度。大爆炸后14秒，溫度約30億度。35秒后，為3億度，化學(xué)元素開始形成。溫度不斷下降，原子不斷形成。宇宙間彌漫著氣體云。他們在引力的作用下，形成恒星系統(tǒng)，恒星系統(tǒng)又經(jīng)過漫長的演化，成為今天的宇宙。物質(zhì)現(xiàn)象的總和。廣義上指無限多樣、永恒發(fā)展的物質(zhì)世界，狹義上指一定時代觀測所及的最大天體系統(tǒng)。后者往往稱作可觀測宇宙，相當(dāng)于天文學(xué)中的“總星系”。2003年2月份，美國國家航空航天局曾向全世界公布他們有關(guān)宇宙年齡的研究成果。根據(jù)其公布的資料顯示，宇宙年齡應(yīng)該為137億歲。2003年11月份，國際天體物理學(xué)研究小組宣稱，宇宙的確切年齡應(yīng)該是141億歲。地球的形成大約是距今45億年。

詞源考察在中國古籍中最早使用宇宙這個詞的是《莊子·齊物論》?！坝睢钡暮x包括各個方向，如東西南北的一切地點(diǎn)。戰(zhàn)國末期的尸佼說：“四方上下曰宇，往古來今曰宙。”“宇”指空間，“宙”指時間，“宇宙”就是時間和空間的統(tǒng)一。后來“宇宙”一詞便被用來指整個客觀實(shí)在世界。與宇宙相當(dāng)?shù)母拍钣小疤斓亍?、“乾坤”、“六合”等，但這些概念僅指宇宙的空間方面?！豆茏印返摹爸婧稀币辉~，“宙”指時間，“合”（即“六合”）指空間，與“宇宙”概念最接近。

在西方，宇宙這個詞在英語中叫cosmos，在俄語中叫кocMoc，在德語中叫kosmos，在法語中叫cosmos。它們都源自希臘語的κoσμoζ，古希臘人認(rèn)為宇宙的創(chuàng)生乃是從渾沌中產(chǎn)生出秩序來，κoσμoζ其原意就是秩序。但在英語中更經(jīng)常用來表示“宇宙”的詞是universe。此詞與universitas有關(guān)。在中世紀(jì)，人們把沿著同一方向朝同一目標(biāo)共同行動的一群人稱為universitas。在最廣泛的意義上，universitas又指一切現(xiàn)成的東西所構(gòu)成的統(tǒng)一整體，那就是universe，即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意義，所不同的是，前者強(qiáng)調(diào)的是物質(zhì)現(xiàn)象的總和，而后者則強(qiáng)調(diào)整體宇宙的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。宇宙觀念的發(fā)展宇宙結(jié)構(gòu)觀念的發(fā)展遠(yuǎn)古時代，人們對宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識處于十分幼稚的狀態(tài)，他們通常按照自己的生活環(huán)境對宇宙的構(gòu)造作了幼稚的推測。在中國西周時期，生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認(rèn)為，天穹像一口鍋，倒扣在平坦的大地上；后來又發(fā)展為后期蓋天說，認(rèn)為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀(jì)，巴比倫人認(rèn)為，天和地都是拱形的，大地被海洋所環(huán)繞，而其中央

恒星系

則是高山。古埃及人把宇宙想象成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子，大地的中央則是尼羅河。古印度人想象圓盤形的大地負(fù)在幾只大象上，而象則站在巨大的龜背上，公元前7世紀(jì)末，古希臘的泰勒斯認(rèn)為，大地是浮在水面上的巨大圓盤，上面籠罩著拱形的天穹。目前所知最遠(yuǎn)的恒星系離我們有近兩百億光年。

恒星系數(shù)量

綜述

宇宙中有無數(shù)個恒星系，每一個恒星系包含著無數(shù)顆恒星。那么，有多少顆恒星擁有自己的行星呢？在這些行星中又有多少具備構(gòu)成生命所必需的元素及生命存在所必需的環(huán)境呢？

行星廣布

生命并不是行星間共有的，而是行星形成時自然而然產(chǎn)生的。1995年，在環(huán)繞佩加西—51號星的軌道上發(fā)現(xiàn)了一個巨大星體，之后又發(fā)現(xiàn)了24顆圍繞不同恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的大行星，其中有些比木

恒星系

星還大幾倍。近些年來，已有12個潛在的行星系被找到。它們的存在說明行星在宇宙間并不稀有?！肮蓖h(yuǎn)鏡對獵戶座星云的觀測結(jié)果有力地支持了以上理論。從獵戶座的星云圖上，可以看到圓盤狀的塵埃云環(huán)繞著年輕的恒星。可以肯定地說，在這孕育行星的搖藍(lán)中，新行星的形成正如火如荼。

生命要素

人類已經(jīng)掌握了許多行星系的豐富資料，因而可以設(shè)想，在已知的行星中，一定會有體積大小與地球相似的行星存在。但是，這些行星是否擁有“生命要素”呢？正如我們所知，生命要存在，就要有形成生命以及維持生命所必需的化合物，而且還得有特定的環(huán)境使它們可以組合，從而為生命起源奠定基礎(chǔ)。起初，在宇宙間只存在氫和氦。形成生命所必需的化合物中的重元素，如碳、氮、磷、氧以及硫都是在恒星不斷產(chǎn)生和毀滅的循環(huán)中產(chǎn)生的。這一循環(huán)或許以百萬到10億年為一個周期。只有經(jīng)歷若干代恒星的生死循環(huán)之后，才有可能形成擁有生命的行星。環(huán)顧銀河系和整個宇宙，可以發(fā)現(xiàn)生命所需的各種元素最初是均勻分布的，已知星體內(nèi)到處不停地發(fā)生著復(fù)雜的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。由雙原子形成的化合物多種多樣，隨著分子中原子種類的不斷增加，碳、氫、氧及氮形成的化合物在有機(jī)化合物中逐漸占據(jù)了支配地位，以致在所有原子種類大于或等于7的化合物中不再有其他元素存在。結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的含碳化合物包括從氨基酸（如甘氨酸）到多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔?/a>這類耐高溫、耐腐蝕的復(fù)雜化合物。在早期的地球上，留有慧星、小行星與它猛烈碰撞產(chǎn)生的痕跡。

生命的奧秘

恒星系

有機(jī)化合物具有光學(xué)異構(gòu)體，這種構(gòu)型被稱為左旋和右旋。偏手性表示只有左旋或只有右旋構(gòu)型的現(xiàn)象。生命的核心秘密之一在于組成它的化學(xué)物質(zhì)具有偏手性，產(chǎn)生具有立體結(jié)構(gòu)特異性的有機(jī)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質(zhì)的基礎(chǔ)。在科學(xué)界中，對于這種生命特性的起源仍未有定論。偏手性是在生命起源時就存在抑或是由進(jìn)化選擇而來的呢？多年來對隕石的研究表明，它們富有多種有機(jī)化合物，這對于探索地球生命起源具有重要意義。兩位科學(xué)家對一塊莫企遜隕石的氨基酸進(jìn)行了左旋與右旋的比例測定，發(fā)現(xiàn)左旋氨基酸分子偏多。一般來說，通常的測定結(jié)果可能受地球上的污染物影響，但這次測定的是來自地球以外、未被地球生命利用過的氨基酸。這表明當(dāng)?shù)厍蛐纬蓵r，在它臨近區(qū)域內(nèi)的有機(jī)化合物中已存在著左旋構(gòu)型多于右旋構(gòu)型的現(xiàn)象，以后在地球上，氨基酸分子慢慢演變?yōu)橹挥凶笮龢?gòu)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蕩大約在39億年前才結(jié)束。只有當(dāng)這種震蕩減弱之后，地球上才有可能形成海洋，并一直保有它。4億年過去后，地球上出現(xiàn)了微生物群落?；瘜W(xué)家們認(rèn)為，構(gòu)成生命所必需的復(fù)雜化合物是如此穩(wěn)定，在幾千萬年內(nèi)形成生命一定不是難事。當(dāng)你抬頭欣賞夜晚的天空時，你所看到的星星距離地球大多在80光年以內(nèi)。大多數(shù)恒星燃燒得太亮或是運(yùn)行得太快，使得液態(tài)水無法在它的行星表面長期存在。除去那些即生即滅的恒星，在80光年半徑內(nèi)還有近1000顆穩(wěn)定的星體，如果在類似地球的星體上存在生命的可能性達(dá)到1/1000，那么我們就一定會有“芳鄰”。讓我們努力去尋找并拜訪他們的家園吧！

新浪科技訊北京消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，美國的天文學(xué)家稱，他們利用美國宇航局的“Spitzer”太空望遠(yuǎn)鏡，在距球848光年處發(fā)現(xiàn)了一個非常年輕的小型恒星系。這對于揭開宇宙的形成奧秘具有重要參考意義。

美國哈佛-史密松天體物理中心科學(xué)家羅伯特-古特姆斯說：“我們首次利用美國宇航局的Spitzer太空望遠(yuǎn)鏡觀測到了這個年輕的恒星群的圖像，它們真是太令人驚異了。由于這些恒星完全被云層中厚厚的塵埃所遮掩，因此我們觀測不到它們的可見光波長。”鑒于這個新發(fā)現(xiàn)的星團(tuán)位于巨蛇座南部，研究人員將其取名為“巨蛇座南”。

在“Spitzer”太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的照片中，“巨蛇座南”恒星看上去像是綠色、黃色和橙色的斑點(diǎn)，位于貫穿圖片中部的一條黑色的上方。這條黑線是狹長而濃密的宇宙塵埃和氣，它正不斷收縮，以形成恒星。跟雨滴的形成原理一樣，恒星也是在厚厚的宇宙云層崩塌后才形成的。綠色代表熱氫氣。當(dāng)高速氣流從年輕的恒星中噴射而出，并與周圍云層中的冷氣猛烈碰撞后，就會形成這種可被“Spitzer”太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的氫氣“指紋”。背景中的紅色絲狀物是被稱為“多環(huán)芳烴”的有機(jī)分子，一旦鄰近的恒星形成區(qū)W40發(fā)出恒星輻射，就會激發(fā)出“多環(huán)芳烴”。在地球上，“多環(huán)芳烴”存在于燒焦的燒烤架和烏黑的汽車排氣中。

多年來，天文學(xué)家們一直在就恒星大家庭中各成員之間的相互關(guān)系問題爭論不休。一些天文學(xué)家們懷疑，恒星們可能是“兄弟姐妹關(guān)系”，同時由同一氣體和塵埃團(tuán)“父母”所生。然而，另一些科學(xué)家們則懷疑，這個恒星家庭成員之間可能是“收養(yǎng)關(guān)系”，也就是說，恒星們是在某一時期一小批一小批誕生的，最后這些小恒星群“相互結(jié)合”形成了一個大塊的恒星團(tuán)。不久，科學(xué)家們將開展一項(xiàng)名為“古德帶調(diào)查”的研究工作，對距離地球1600光年以內(nèi)的所有恒星形成區(qū)進(jìn)行分析，以揭開恒星家庭成員關(guān)系之謎。

參考資料

[1]

美科學(xué)家觀測到848光年外年輕恒星系 · 新浪網(wǎng)[引用日期2013-05-05]