圖為仙女座星系（M31），攝于P. LeFevre家后院，曝光時間為12小時。? iStockphoto/Paul LeFevre
星系通常被定義為一些星星或是星際物質(zhì)的集合，由于重力的影響而被束縛在一起從而形成一個龐大的系統(tǒng)。系統(tǒng)和系統(tǒng)之間是獨立的，星系之間間隔數(shù)百萬光年，由數(shù)以萬計的星體組成，例如星團，星云……等等，質(zhì)量加起來是太陽的數(shù)萬億倍。星系的種類可以有很多種，不過總的來說，它們可以被歸為四類——橢圓星系(elliptical)、透鏡狀星系(lenticular)、旋渦星系(spiral)、不規(guī)則星系(irregular)。
這個包含地球的星系被稱為銀河系，因為如果你用肉眼觀察的話，它看起來像一個由許多難辨的物質(zhì)組成的渾濁環(huán)帶。我們的星系是旋渦形的，像圓盤一樣扁平。到目前為止，我們在銀行系中已經(jīng)計算到的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的數(shù)萬億倍，其中的一千億倍質(zhì)量是包括太陽在內(nèi)的恒星的質(zhì)量。我們最近的鄰居是距離我們10萬光年的矮星系(其中一些已經(jīng)和銀河系融合了)。然而，距離我們最近的和我們差不多的大型星系是仙女座星系(M31)，距離我們200萬到300萬光年。
星系的四種類型
旋渦星系(Spiral)
旋渦星系的形狀像大而平的圓盤（有時帶有棒形結(jié)構(gòu)），通常在中心會有一個橢圓形的突起。這些星系通常都有沿著外邊緣向外延伸的明亮星系臂。旋渦星系中所包含的星際物質(zhì)可分為第一星族(population I)和第二星族(population II)。第一星族包括年輕的恒星和星團，而第二星族則是由較老的恒星和恒星物質(zhì)組成，通常位于星系中心的凸起處。星系的亮度和質(zhì)量各不相同，這也促進了星系分類的發(fā)展。在旋渦星系內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的規(guī)律并不是恒定不變的，可能是由于鄰近星系之間的引力相互作用造成的。
透鏡狀星系(Lenticular)
透鏡星系一開始其實是朝著旋渦星系的方向發(fā)展的，但在形成的過程中星際物質(zhì)逐漸耗盡，使得它們看起來像平滑的圓盤(沒有星系臂)，而只有屬于第二星族的恒星。在觀察者看來，透鏡狀星系的形狀和內(nèi)容物質(zhì)與橢圓星系非常相似。
橢圓星系(Elliptical)
橢圓星系呈橢球形或卵狀，其亮度輪廓平滑。它們主要由第二星族物質(zhì)組成，看起來就像被壓成了一個球。這些星系看起來似乎不旋轉(zhuǎn)（或移動得很少）。不過內(nèi)部恒星和其他恒星體可能有徑向軌道或公轉(zhuǎn)軌道。橢圓星系比旋渦星系要小得多，而且由于缺乏形成新星所需的氣體，恒星的形成率很低，幾乎沒有疏散星團或年輕恒星。
不規(guī)則星系(Irregular)
由于鄰近星系的引力作用，會形成許多形狀各異的星系。它們獨特的形狀使得很難將它們分類為圓盤狀或橢球體，因此這種分類是一個大雜燴。
星系搜索
1755年，伊曼努爾·康德(Immanuel Kant)使用“島宇宙”(Island Universes)一詞，來描述天文學(xué)家在銀河系外發(fā)現(xiàn)的星云。實際上，人類早在此之前就已經(jīng)知道了其他星系的存在，早在埃德溫·鮑威爾·哈勃證實仙女座星系存在的幾百年前。
一些研究學(xué)者推測，巴比倫人可能在公元前1300年就發(fā)現(xiàn)了仙女座星系并進行了記錄。不過，首次確定的對仙女座進行記錄是在公元964年，由古波斯天文學(xué)家阿爾·蘇菲(Al Suf)完成。蘇菲還觀測了銀河系的鄰居矮星系——大麥哲倫云(LMC)。在17世紀初，麥哲倫(Magellan)和韋斯普奇(Vespucci)發(fā)現(xiàn)了大麥哲倫云和小麥哲倫云(SMC)。
隨著科技的發(fā)展，望遠鏡變得越來越精密和復(fù)雜，這使得天文學(xué)家終于能夠更清晰地觀察夜空，意識到往后還有數(shù)以億計的星系正等待著被研究。1654年，意大利牧師兼天文學(xué)家霍迪爾納(G.B. Hodierna)發(fā)現(xiàn)了三角星系(Triangulum Galaxy)。1752年，法國天文學(xué)家尼古拉斯·路易斯·德·拉卡耶(Nicholas-Louis de Lacaille)發(fā)現(xiàn)了M83星系，這是我們所在星系群之外的發(fā)現(xiàn)的第一個星系。
法國天文學(xué)家查爾斯·梅西耶(Charles Messier) ，他的成就在于給星云、星團和星系都編上了號碼，并制作了著名的“梅西耶星團星云列表”。他首次發(fā)現(xiàn)星系是在1771年，梅西耶在室女星系團中發(fā)現(xiàn)了一個橢圓星系并命名為M49。
到1774年，他的第一版《梅西耶星團星云列表》總共包含了45個深空天體，包括星云和星團。然而，等到了1802年，出生在德國的英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾(William Herschel)已經(jīng)記錄了超過2500個星體，其中大約2100個是星系。不甘示弱的是，丹麥-愛爾蘭天文學(xué)家約翰·路易斯·埃米爾·德雷爾(John Louis Emil Dreyer)在他的《星云星團新總表》(New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars)中列出了6000多個星系，而他的《星云星團新總表續(xù)編》(Index Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars)中也有近4000個星系。
2009年，斯隆數(shù)字化巡天計劃(Sloan Digital Sky Survey)記錄了100萬個星系，但科學(xué)家們經(jīng)過計算認為僅僅是在宇宙可觀測的部分就還有數(shù)千億個星系正等待著被發(fā)現(xiàn)。
星系分類
根據(jù)星系的外觀特點，可以把它們分為旋渦星系、透鏡星系、橢圓星系和不規(guī)則星系四大類，接著可以根據(jù)一些其他的特征對它們進行進一步分類。例如，它們是否有星系棒或者它們是否是穩(wěn)定的橢圓。更多關(guān)于哈勃分類系統(tǒng)(Hubble Classification Scheme)的信息可以在網(wǎng)上找到。另外，根據(jù)過時的恒星演化模型，星系有時也被劃分為早期星系或晚期星系，這種分類方法傾向于將橢圓星系和透鏡星系歸到早期星系的類別中，而一些旋渦星系和不規(guī)則星系則被歸到了晚期星系中
星系特征
盡管星系的形狀、大小和外觀各不相同，但它們有一點很像人類:星系之間有許多共同之處。星系里有很多恒星（多達數(shù)萬億顆），其中許多星系擁有兩個太陽或多個太陽系。大多數(shù)星系都包含了以下部分或全部的星體：
球狀星團(Globular Star Clusters)：由數(shù)百萬顆恒星組成，其質(zhì)量通常與小星系的大小相似。這些星體非常古老，形成了自己的系統(tǒng)，出現(xiàn)在各種形狀和大小的星系中。
星云遺跡(Nebulous Remnants)：當(dāng)恒星形成時，它們通常會留下一些廢棄物質(zhì)，星際殘留物，漂浮在太空中，因引力作用而被卷入其他星系。
赤道云(Equatorial Clouds)：第二星族的恒星更有可能形成橢圓形凸起，氣體和塵埃聚集在赤道盤附近的云中。這種云通常能被觀察到。
星際云(Interstellar Clouds)：也被稱為產(chǎn)星星云，這里也是星團里的恒星發(fā)展壯大的“搖籃”。
星系核(Galactic Nucleus)：通常包含質(zhì)量極大甚至可以被標(biāo)記為黑洞候選的物體。科學(xué)家們懷疑，一些星系核是較小星系的原子核被較大星系吞噬后的殘余。
像仙女座這樣的巨型星系也比最小的星系大數(shù)百萬倍，范圍也比最小的矮星系廣數(shù)萬億倍。不同的星系周長也相差很大。有些只有星系只有幾千光年寬，而另一些星系則需要幾十萬年才能穿過。梅西耶星團星云列表中最大的星系是仙女座星系和Ⅱ型賽弗特星系。銀河系也是重量級選手，它的質(zhì)量至少有2500億 (甚至可能多達7500億)，直徑為10萬光年。
在無垠宇宙中閃耀是星系最擅長的一件事之一。它們會發(fā)射各種波長的光，包括長波、微波、紫外線、X射線和伽瑪射線。星際物質(zhì)的溫度普遍非常低，射電和紅外頻率是最佳觀測波段。溫度最高的超新星殘骸，可以在電磁光譜的上端觀測到。高效率的產(chǎn)星星系在紅外頻率上更容易被觀測到。
活動星系核(AGNs)是一種非常強烈的光源，可以發(fā)出所有波長的光。關(guān)于AGNs的主流理論表明這種現(xiàn)象是由超大型中心物體與氣態(tài)物質(zhì)相互作用而引起的。有些星系被稱為賽弗特星系(Seyfert galaxy)，它們的星系核中有超大型物體與氣體物質(zhì)在進行快速相互作用，導(dǎo)致它們發(fā)射出了非常明亮的光。而另一些星系被稱為射電星系，它們只能在射電頻率上安靜地或響亮地發(fā)出自己的光。
一些星系核排列非常緊湊，亮度極高，甚至比星系本身還要亮。這些星系核被稱為類星體。這些天體看起來和賽弗特星系核很像，但它們非常罕見，只有在宇宙深處才能夠找到。距離我們最近的一個類星體位于室女星系團中，距離我們20億光年。最后，赫克曼(Heckman)于1980年發(fā)現(xiàn)了低電離星系核星系。這些星系的核光度通常較低。
有時恒星會變成超新星(supernova），在這個過程中星體的光度會突然增加，以至于可能比星體所在的整個星系都要亮。超新星能達到的最大星等是19到20。這個過程吸引了不少像亞哈船長一樣在宇宙中尋找超新星“巨鯨”的天文學(xué)家。梅西耶星團星云列表中也羅列了一些包含了超新星的星系。
星系的形成和演化
目前，天文學(xué)家們致力于研究星系究竟是如何形成的。起初，關(guān)于星系的形成只有兩種對立的理論: 自上而下式(top-down)和自下而上式(bottom-up)。自上而下理論認為，星系形成于宇宙開始膨脹時最初的10億年間。而自下而上理論認為，小的星際物質(zhì)團首先形成，然后逐漸增加，形成越來越大的物質(zhì)團，最終形成星系。
近年來，通過利用哈勃太空望遠鏡和其他技術(shù)所進行的觀測，研究人員得以整理出大概的宇宙時線，并發(fā)現(xiàn)了一些能夠指向星系可能的形成過程的證據(jù)。在我們的附近，所有的星系看起來都是相同或相似的類型，而且似乎都是在過去30到40億年里形成的。大約50億年前，擁有旋臂或棒狀結(jié)構(gòu)的星系少之又少。更早之前，大約60億年前，不規(guī)則形狀的星系在星系相互作用和合并出現(xiàn)的頻率更高。
根據(jù)這些觀測結(jié)果可以看出，似乎大約在100億至150億年前，星系的組成部分從含有氫和氦的原始氣云中分離了出來，這些組成部分在自身重力的作用下開始坍縮，形成了原始星系。暗物質(zhì)、大質(zhì)量的中心核以及與鄰近星系的碰撞看來也在現(xiàn)代星系的形成和演化中扮演著重要的角色。
梅西耶星系
梅西耶星表中的星系根據(jù)它們能在地球上不同的地方以及什么時候可以被觀測到而被分為兩個類別:北方的春天/南方的秋天 和 北方的秋天/南方的春天。
北方的秋天/南方的春天星系類別包括以下星系：
本星系群：M31, 星系群(M31, M32, M110), 以及M33, M74, M77
北方的春天/南方的秋天星系類別則包括以下星系：
室女星系團：M49, M58, M59, M60, M61, M84, M85, M86, M87, M88, M89, M90, M91, M98, M99, M100
位于獅子座內(nèi)部的星系：M66, 星系群 (M65, M66), M96, 星系群 (M95, M96, M105)
位于大熊星座內(nèi)部和周圍的星系: M81, 星系群(M81, M82), M101, M102, M108, M109, M51 星系群(M51, M63),M94, M106, M64
位于南方的星系：M83, M104
星系團
有些星系沒有鄰居，孤零零地漂浮在空曠的宇宙里。然而，通常情況下，星系團聚集在一起形成包含多達數(shù)千個星系的群。它們中的許多都在引力作用下相互作用，隨著時間的推移，引力作用會漸漸影響它們的“模樣”。
直到本世紀，人類才真正理解了這個包圍著我們的星系的本質(zhì)。它被稱為銀河系。我們的恒星，太陽，只是構(gòu)成這個巨大漩渦結(jié)構(gòu)的數(shù)十億恒星之一。在任何一個夜晚你所能用肉眼觀察到的星星都屬于銀河系。銀河系自轉(zhuǎn)得非常慢，實際上，上次位于我們現(xiàn)在所處的位置是在2億5千萬年前。在天文愛好者的望遠鏡里，大多數(shù)星系在黑色背景下看起來就像暗淡的小光點。即使是通過大型望遠鏡看到的景象也不像大多數(shù)星系照片中的壯麗多彩。
哈勃太空望遠鏡可以拍攝壯觀的照片，可以收集遙遠星系的數(shù)據(jù)，這些有價值的數(shù)據(jù)甚至能迫使天文學(xué)家改變他們關(guān)于星系形成的想法和理論的數(shù)據(jù)。接下來就是類星體了。它們究竟是什么?它們的存在是因為星系中心的巨大黑洞嗎？抑或是因為其他一些神秘的、未知的過程而存在。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. 趙雨兒8-河合桃子- thetimenow
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