《星空奥秘》试读：一 宇宙中的岛屿——星系

漩涡星系——仙女座星系 每年的10月和11月份的晴朗秋夜里，遥望星空，在天球坐标为赤经0时41分，赤纬41°00''的地方，仅凭肉眼，我们就会找到一团闪烁着微弱光芒的椭圆形光斑。如果通过小型天文望远镜，还可以看到包括一个大星云和至少两条尘埃带的结构，且越靠近核心部分越明亮，这就是著名的仙女座星系(The Andromeda Galaxy)。 古希腊神话中，仙女座是埃塞俄比亚国王刻甫斯和王后卡西奥佩娅的女儿安德洛墨达(Andromeda)的化身。传说刻甫斯统治的地方，经常有海怪兴风作浪，危害百姓。为了平定这个海怪，国王在神的启示下，将美丽的公主安德洛墨达用锁链锁在岩石上，用来供奉海怪。正当海怪袭击公主时，骑着飞马路过的英雄珀耳修斯救出了公主，并与公主结了婚。后来，公主被提升到天上成为仙女座，珀耳修斯被提升到天上成为英仙座，并紧紧地跟随在公主的身后。 仙女座位于仙后座以南、英仙座与飞马座之间，距离仙王座也很近，是六个“王族星座”之一。仙女座的α星和飞马座中的三颗亮星，构成了秋夜经常高挂在天空的“飞马-仙女大方框”，这个大方框是秋季上半夜空中极为显著的星座标志。1764年8月3日，法国天文学家梅西叶(Charles Messier)发现了它，将它编号为 31号，故而又称M31。人们一直以为仙女座是银河系内的一个大星云。1923年，著名天文学家哈勃(Edwin Hubble)在威尔逊天文台，发现仙女座大星云的12颗造父变星。通过测量计算，推算出它们位于银河系以外的恒星系统，这才发现仙女座根本不是什么星云，而是由很多星星组成的、类似银河系的另一个星系，并且不在银河系内，而与银河系比邻而居。这一发现也使哈勃成为星系天文学的奠基人。 到底什么叫星系?在天文学中，我们把这种由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。一般来说，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”，简称“星系”。 在早期，“星系”曾被归到星云中。直到1924年，在哈勃准确测定了仙女座“河外星系”与银河系的距离后，星系的存在才正式确立。 仙女座星系是离我们所在的银河系最近的一个星系，它的直径为17万光年，包含3000多亿颗恒星。它和银河系很相似，呈漩涡状，有很多变星、星团、星云等，但规模比银河系大。在它身旁还有两个小星系，它们一起构成了一个三重星系。 哈勃将整个星空比作大海，每一个星系就像是海洋中的岛屿，它们共同组成了宇宙。这就是哈勃著名的“岛宇宙”概念。哈勃认为，宇宙中还存在着数量庞大的类似仙女座的其他星系。今天，已观测到的宇宙有约一千亿个星系，每个星系平均有一千亿颗星星。 星系起源与分类 星系起源于哪里呢?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。哈勃根据星系的形态，把它们分成三大类：椭圆星系、漩涡星系和不规则星系。其中，97%呈椭圆或漩涡状，其余 3% 为不规则星系。 椭圆星系分为八种类型，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。漩涡星系分为两族，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漩涡星系，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来表示星系核的大小和旋臂缠绕的松紧程度。仙女座星系就是一个典型的漩涡星系。 不规则星系则没有一定的形状，而且含有更多的尘埃和气体，用 Irr 表示，像银河系的卫星系“大麦哲伦云”，就属不规则星系。另外有一类用S0表示的透镜型星系，表示介于椭圆星系和漩涡星系之间的过渡阶段的星系。 星系在太空中的分布也并不是均匀的，往往聚集成团。少的两三成群，多的则可能好几百个聚在一起。人们又把这种集团叫做“星系团”(cluster of galaxies)，有时候把成员数目少于100个的星系团又称为“星系群”。 星系团还可构成更高一级的成团结构——超星系团。一个超星系团通常包含几个星系团。 地球所在的银河系是一个中型恒星系，它的银盘直径约为12万光年，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。以银河系为中心的星系群，称“本星系群”，它包括仙女星系、麦哲伦星云和三角星系等 40 个星系。 本星系群又属于范围更大的“室女座超星系团”，它包含有类似于银河系那么大的星系2500多个，距离我们约数千万光年。室女座星系团约位于其中心位置，银河系所在的本星系群，位于室女座超星系团的边缘。室女座星系团的质量非常巨大，它正把我们的银河系拉过去，使得我们仍在继续向室女座星系团的方向移动。 星系的形状一般在其诞生之时就已经确定了，除非发生了星系碰撞或邻近星系的引力干扰，一般都保持着相对稳定状态。星系和它内部的恒星都在运动中。我们都知道地球绕着太阳旋转，同时太阳也在绕银河系的中心运动，而同时银河系作为一个整体，本身也在运动着。在星系内部，恒星一面绕着星系的核心旋转，一面还在一定的范围内随机地运动。长期以来人们一直以为银河系是一个典型的漩涡星系，与仙女座星系类似。但最近的观测却发现，它的中央核球稍带棒形。这意味着银河系很可能是一种棒旋星系。 据科学家推测，银河系和仙女座星系正在相互靠近对方。在大约30亿年后，两者可能会碰撞，在融合过程中将会暂时形成一个明亮、结构复杂的混血星系。一系列恒星将被抛散，星系中大部分游离的气体也将会被压缩产生新的恒星。大约再过几十亿年后，星系的旋臂将会消失，两个螺旋星系将会融合成一个巨大的椭圆星系。 银河系有两个较矮小的邻居——大麦哲伦云和小麦哲伦云，它们都属于不规则星系。由于引力的作用，银河系在不断地从这两个小星系中吸取尘埃和气体，使这两个邻居中的物质越来越少。预计在一百亿年里，银河系将会吞没这两个星系中的所有物质，这两个近邻将不复存在。 2006年3月，美国航空航天局(NASA)和欧洲航天局合作研制的哈勃太空望远镜，观测到了有史以来最大的漩涡星系，并拍摄了其照片。科学家们称，此次观测到的星系，是有史以来最大的，观测的结果也是最详细的。这个漩涡星系像一个圆盘，它位于大熊星座以北距离地球2500万光年的地方，它是由许许多多的星体和太空灰尘以及气体组成的，直径约17万光年，这一距离相当于银河系直径的两倍。科学家们把这一新的漩涡星系命名为“M101”。天文学家们称，“M101”漩涡星系至少拥有1万亿颗星球。其中，至少有1000亿颗星球在温度和寿命方面都可以与太阳相媲美，因此，科学家们又将其称之为“轮转焰火”星系。 宇宙中的这些星系“岛屿”，承载了生命的传承与变迁。面对浩如烟海的星系群体，地球上的人类不得不怀疑，在其他星球上，很有可能存在不一样的生物。而正是这种对宇宙的无限好奇心，激发我们不断去探寻浩渺星空中的神秘现象。