恆星系

關於恆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)為星雲編製的星表中，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麼多的新星。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，那麼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。

按照宇宙大爆炸理論，第一代星系大概形成於大爆炸發生后十億年。在宇宙誕生的最初瞬間，有一次原始能量的爆發。隨著宇宙的膨脹和冷卻，引力開始發揮作用，然後，幼年宇宙進入一個稱為“暴漲”的短暫階段。原始能量分佈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”，星系團就是沿著這些“溝”形成的。

隨著暴漲的轉瞬即逝，宇宙又回復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，隨著宇宙的持續膨脹冷卻，在能量較為“稠密”的區域，大量質子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。一百秒后，質子和中子開始結合成氦原子核。在不到兩分鐘的時間內，構成自然界的所 有原子的成分就都產生出來了。大約再經過三十萬年，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雲。不久，星系就在其中形成了。

大爆炸發生過後十億年，氫雲和氦雲開始在引力作用下集結成團。隨著雲團的成長，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。於是，在較稀薄較大的雲中凝聚出一些較小的雲，而其餘部分則被鄰近的雲所吞併。

同時，原星系由於氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星系的質量變得越大，它們吸引的氣體也就越多。一個個雲團各自的運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。這些雲團在引力的作用下進一步坍縮，一些自轉較快的雲團形成了盤狀；其餘的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質后，便在其中開始形成恆星。這時的宇宙面貌與今天便已經差不多了。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雲中，這樣的星系團和星系際氣體伸展成纖維狀的結構，長度可以達到數億光年。如此大尺度的星系的群集在廣闊的空間呈現為球形。

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特的外貌。但是由於星系都是在一個有限的條件範圍內形成，因此它們有一些共同的特點，這使人們可以對它們進行大體的分類。在多種星系分類系統中，天文學家哈勃於1925年提出的分類系統是應用得最廣泛的一種。哈勃根據星系的形態把它們分成三大類：橢圓星系、旋渦星系和不規則星系。

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。旋渦星系分為兩族，一族是中央有棒狀結構的棒旋星系，用SB表示；另一種是無棒狀結構的旋渦星系，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旋臂纏繞的鬆緊程度。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旋渦星系之間的過渡階段的星系。

外形呈旋渦結構，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後面另加a、b、c等英文字母，用來表示旋臂的出鬆緊程度，a表示最緊，c表示最松。

外形不規則，沒有明顯的核和旋臂，沒有盤狀對稱結構或者看不出有旋轉對稱性的星系，用字母Irr表示。在全天最亮星系中，不規則星系只佔5%。按星系分類法，不規則星系分為IrrI型和IrrII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型螺旋星系相似: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，不規則星系占的比較最小。旋渦星系自轉得比較快，其盤面中含有大量塵埃和氣體，這些物質聚集成能供恆星形成的區域。這些區域發育出含有許多藍星的旋臂，所以盤面的顏色看上去偏藍。而在其棒狀結構和中央核球上稠密地分佈著許多年老的恆星。與旋渦星系相比，橢圓星系自轉得非常慢，其結構是均勻而對稱的，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十億年前恆星迅速形成時就已經將橢圓星系中的所有塵埃和氣體消耗完了。其結果是造成這些星系中無法誕生新的恆星，因此橢圓星系中包含的全都是老年恆星。

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旋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。

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。我們觀測到的星系有10億個之多。

人類目前技術手段可觀測到的宇宙，其範圍大約有430多億光年。可視的宇宙由超過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恆星。我們所觀察到恆星、行星、慧星、星系等是怎麼產生的呢？宇宙暴漲模型認為，我們所觀察到的宇宙，在其孕育的初期，集中於一個很小、溫度極高、密度極大的奇點。在138億年前，奇點發生各向同性爆炸。

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

形式是電子、光子、中微子。以後，物質迅速擴散，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，化學元素開始形成。溫度不斷下降，原子不斷形成。宇宙間瀰漫著氣體雲。他們在引力的作用下，形成恆星系統，恆星系統又經過漫長的演化，成為今天的宇宙。物質現象的總和。廣義上指無限多樣、永恆發展的物質世界，狹義上指一定時代觀測所及的最大天體系統。後者往往稱作可觀測宇宙，相當於天文學中的“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宇宙年齡的研究成果。根據其公布的資料顯示，宇宙年齡應該為137億歲。2003年11月份，國際天體物理學研究小組宣稱，宇宙的確切年齡應該是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》。“宇”的含義包括各個方向，如東西南北的一切地點。戰國末期的屍佼說：“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一。後來“宇宙”一詞便被用來指整個客觀實在世界。與宇宙相當的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等，但這些概念僅指宇宙的空間方面。《管子》的“宙合”一詞，“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，古希臘人認為宇宙的創生乃是從渾沌中產生出秩序來，κoσμoζ其原意就是秩序。但在英語中更經常用來表示“宇宙”的詞是universe。此詞與universitas有關。在中世紀，人們把沿著同一方向朝同一目標共同行動的一群人稱為universitas。在最廣泛的意義上，universitas又指一切現成的東西所構成的統一整體，那就是universe，即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意義，所不同的是，前者強調的是物質現象的總和，而後者則強調整體宇宙的結構或構造。宇宙觀念的發展宇宙結構觀念的發展遠古時代，人們對宇宙結構的認識處於十分幼稚的狀態，他們通常按照自己的生活環境對宇宙的構造作了幼稚的推測。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為，天穹像一口鍋，倒扣在平坦的大地上；後來又發展為後期蓋天說，認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀，巴比倫人認為，天和地都是拱形的，大地被海洋所環繞，而其中央

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在幾隻大象上，而象則站在巨大的龜背上，公元前7世紀末，古希臘的泰勒斯認為，大地是浮在水面上的巨大圓盤，上面籠罩著拱形的天穹。目前所知最遠的恆星系離我們有近兩百億光年。

宇宙中有無數個恆星系，每一個恆星系包含著無數顆恆星。那麼，有多少顆恆星擁有自己的行星呢？在這些行星中又有多少具備構成生命所必需的元素及生命存在所必需的環境呢？

生命並不是行星間共有的，而是行星形成時自然而然產生的。1995年，在環繞佩加西—51號星的軌道上發現了一個巨大星體，之後又發現了24顆圍繞不同恆星運轉的大行星，其中有些比木

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並不稀有。“哈勃”望遠鏡對獵戶座星雲的觀測結果有力地支持了以上理論。從獵戶座的星雲圖上，可以看到圓盤狀的塵埃雲環繞著年輕的恆星。可以肯定地說，在這孕育行星的搖藍中，新行星的形成正如火如荼。

人類已經掌握了許多行星系的豐富資料，因而可以設想，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境使它們可以組合，從而為生命起源奠定基礎。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、氧以及硫都是在恆星不斷產生和毀滅的循環中產生的。這一循環或許以百萬到10億年為一個周期。只有經歷若干代恆星的生死循環之後，才有可能形成擁有生命的行星。環顧銀河系和整個宇宙，可以發現生命所需的各種元素最初是均勻分佈的，已知星體內到處不停地發生著複雜的有機化學反應。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化合物中逐漸佔據了支配地位，以致在所有原子種類大於或等於7的化合物中不再有其他元素存在。結構更加複雜的含碳化合物包括從氨基酸（如甘氨酸）到多環芳香族碳氫化合物這類耐高溫、耐腐蝕的複雜化合物。在早期的地球上，留有慧星、小行星與它猛烈碰撞產生的痕迹。

有機化合物具有光學異構體，這種構型被稱為左旋和右旋。偏手性表示只有左旋或只有右旋構型的現象。生命的核心秘密之一在於組成它的化學物質具有偏手性，產生具有立體結構特異性的有機分子是地球生命的特徵。左旋的氨基酸分子和右旋的糖分子是生命物質的基礎。在科學界中，對於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，它們富有多種有機化合物，這對於探索地球生命起源具有重要意義。兩位科學家對一塊莫企遜隕石的氨基酸進行了左旋與右旋的比例測定，發現左旋氨基酸分子偏多。一般來說，通常的測定結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。這表明當地球形成時，在它臨近區域內的有機化合物中已存在著左旋構型多於右旋構型的現象，以後在地球上，氨基酸分子慢慢演變為只有左旋構型。

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39億年前才結束。只有當這種震蕩減弱之後，地球上才有可能形成海洋，並一直保有它。4億年過去后，地球上出現了微生物群落。化學家們認為，構成生命所必需的複雜化合物是如此穩定，在幾千萬年內形成生命一定不是難事。當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。大多數恆星燃燒得太亮或是運行得太快，使得液態水無法在它的行星表面長期存在。除去那些即生即滅的恆星，在80光年半徑內還有近1000顆穩定的星體，如果在類似地球的星體上存在生命的可能性達到1/1000，那麼我們就一定會有“芳鄰”。讓我們努力去尋找並拜訪他們的家園吧！

新浪科技訊北京消息，據國外媒體報道，美國的天文學家稱，他們利用美國宇航局的“Spitzer”太空望遠鏡，在距球848光年處發現了一個非常年輕的小型恆星系。這對於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太空望遠鏡觀測到了這個年輕的恆星群的圖像，它們真是太令人驚異了。由於這些恆星完全被雲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。”鑒於這個新發現的星團位於巨蛇座南部，研究人員將其取名為“巨蛇座南”。

在“Spitzer”太空望遠鏡拍攝到的照片中，“巨蛇座南”恆星看上去像是綠色、黃色和橙色的斑點，位於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，以形成恆星。跟雨滴的形成原理一樣，恆星也是在厚厚的宇宙雲層崩塌后才形成的。綠色代表熱氫氣。當高速氣流從年輕的恆星中噴射而出，並與周圍雲層中的冷氣猛烈碰撞后，就會形成這種可被“Spitzer”太空望遠鏡觀測到的氫氣“指紋”。背景中的紅色絲狀物是被稱為“多環芳烴”的有機分子，一旦鄰近的恆星形成區W40發出恆星輻射，就會激發出“多環芳烴”。在地球上，“多環芳烴”存在於燒焦的燒烤架和烏黑的汽車排氣中。

多年來，天文學家們一直在就恆星大家庭中各成員之間的相互關係問題爭論不休。一些天文學家們懷疑，恆星們可能是“兄弟姐妹關係”，同時由同一氣體和塵埃團“父母”所生。然而，另一些科學家們則懷疑，這個恆星家庭成員之間可能是“收養關係”，也就是說，恆星們是在某一時期一小批一小批誕生的，最後這些小恆星群“相互結合”形成了一個大塊的恆星團。不久，科學家們將開展一項名為“古德帶調查”的研究工作，對距離地球1600光年以內的所有恆星形成區進行分析，以揭開恆星家庭成員關係之謎。