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星系——漂浮的宇宙岛

宇宙岛是历史上对星系的一种称呼。在这里,把宇宙比作海洋,星系比做岛屿。古代人对宇宙的结构只有笼统的观念。在茫茫的太空海洋中,千姿百态的“岛屿”星罗棋布,上面居住着无数颗恒星和各种天体。据考证,宇宙岛这一名称,最初出现在德国学者洪堡的著作《宇宙》第三卷中,因为它形象地表达了星系在宇宙中的分布,后来便被广泛采用。另外“宇宙岛”的同义语,还有“恒星宇宙”和“恒星岛”等名称。

意大利思想家布鲁诺在16世纪末,推测恒星都是遥远的太阳,并提出了关于恒星世界结构的猜想。到了18世纪中叶,测定恒星视差的初步尝试表明,恒星确实是远方的太阳。这时,就有人开始研究恒星的空间分布和恒星系统的性质。英国人赖特于1750年为了解释银河的形态,即恒星在银河方向的密集形象,就假设天上所有的天体共同组成一个扁平的系统,太阳是其中的一员。这就是最早提出的银河系概念。德国哲学家康德于1755年在《自然通史和天体论》一书中,发展了赖特的思想,明确提出“广大无边的宇宙”之中有“数量无限的世界和星系”,这就是宇宙岛假说的渊源。在赖特和康德前后,还有许多人都发表了同样的见解。

后来,英国天文学家赫歇尔首先发现许多星云可分解成恒星群,又发现一些星云无法分解,于是提出了星系并非宇宙岛的观点。人们在19世纪借助更大的望远镜进行更仔细的观测,特别是分光术的应用,使人们对星云有了更进一步的认识。只是由于赫歇尔的影响,人们对宇宙岛与星云的关系仍然缺乏正确的认识。在20世纪,美国天文学家柯蒂斯认为宇宙岛是河外星系,否认它们就是银河系的成员。另一位天文学家沙普利提出了与柯蒂斯不同的观点。他们在20世纪20年代展开了激烈的争论。后来,哈勃经过更精确的测量,证明了河外星系的存在,自此以后,关于宇宙岛的争论才宣告结束。现在人们观测到银河系外的星系已达上万个,最远的星系距银河系约有70亿光年。

估计河外星系数目大得惊人,若画一个半径约20亿光年的圆球,其内可能含有30亿个星系,每个星系都包含着数以千亿计的恒星。目前仍有争论的是关于宇宙中的宇宙岛是从何处漂移过来的问题。星系起源的理论则有很多,具有代表性的是引力不稳定性假说和宇宙湍流假说。前者认为,在30亿年间,星系团物质由于引力的不稳定而形成原星系,并进一步形成星系或恒星:后者认为,宇宙膨胀时形成旋涡,它可以阻止膨胀,并在旋涡处形成原星系。二者都认为星系形成了100亿年。但是这两种观点都不成熟,还存在着许多问题。此外,其他一些关于星系起源的理论,也有较大的影响,但到目前为止各学派都还拿不出一套能完整地、科学地解释宇宙岛的理论。

星系的种类

用大型天文望远镜观测夜空时,会发现众多的星系犹如宝石般闪着光芒。它们相貌各异:有的像旋涡,称为旋涡星系;有的像圆宝石,称为椭圆星系;有的像甩着两根小辫的短棒,称为棒旋涡星系;还有奇形怪状的,称为不规则星系。现在已被天文学家发现的星系总数有10亿个以上。星系很多,用肉眼能看到的只有银河系的几个近邻,其中最著名的要数仙女座大星系了。它距离地球大约200万光年,几乎和银河系一模一样,但体积大约比银河系大60%。用肉眼看去,也只不过像星星那样大的一个光斑。每个太空岛屿都是某个群岛中的一员。这些群岛,小一些的包含几十个星系,叫星系群;大一些的包含100个以上的星系叫星系团。它们都归属于一个更大的太空集团一星系团集团,也叫超星系团。银河系所在的超星系团称为本超星系团,它的核心是室女座星系团。无数超星系团组成了辽阔无边的宇宙—总星系。

美丽的旋涡星系

旋涡星系是已经观测到的数量最多、外形最美丽的一种星系。它的形米像江河中的旋涡,因此而得名。旋涡星系侧面看上去很像一块铁饼,中间凸起,四周扁平。从凸起的部分螺旋式地伸展出若干条狭长而明亮的光带旋臂,这里是气体聚集的场所也是孕育恒星的摇篮。旋涡星系斜对着我们时,观察到的就是一个椭圆形。在旋涡星系中,绝大多数恒星都集中在扁平的圆盘内,而在旋臂上集中了大量的星际物质、气体和疏散星团。旋臂的形状像树木的年轮一样,从中可以看出星系的年龄。旋臂越是明显松散,星系的年龄就越小。这类星系的旋臂中气体充足,不久的将来会有大批新的恒星在这里产生。在旋涡不明显的星系中,大部分气体已转化为恒星,恒星的年龄都较大。银河系、仙女座星系等,都是发展很完整的旋涡星系,它们正处于生命力旺盛的中年时期。