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第19章 星系星云之谜

河外星系是人们对银河系以外宇宙太空星系的总称,它是类似银河系那样的庞大的天体系统,它包括恒星、双星、聚星、星团、星云、分子云、星际尘埃、宇宙线以及星际磁场【磁场(cíchǎnɡ):传递物体间磁力作用的场。】等。现在科学技术的能力人们已观测到的星系总数,达到了1000亿个。

1845年英国人罗斯制成一具当时口径最大(1.84米)的望远镜,用这具望远镜他将许多赫歇尔未能分解的星云分解为恒星,使得宇宙岛的观念又引起人们的关注。但是,1864年英国人哈根斯使用光谱分析的方法观测星云,他发现许多星云的光谱是由几条明线组成,即这些星云是一些发光的气体,从而又一次否定了星系的存在。围绕着上述的两种观点,科学家们展开长久的辩论,到了1918年,美国天文学家沙普利根据球状星团的距离,把银河系的直径定为26万光年。而在这之前,对一些旋涡星云距离的测定由于方法不对或者测量不精确,普遍被缩小了,且都小于沙普利所观测的银河系的直径,因此,沙普利反对存在河外星系的见解。另一方面,美国天文学家柯蒂斯等人陆续在一些旋涡星云中找到一些新星,他根据新星的光度测定了这些旋涡星云的距离,得出这些星云的距离是很遥远的,超出了银河系的范围。1920年4月两种对立观点的代表人物展开了论战,由于当时双方的论据都不够充分,未得出最后的结论。1923年美国天文学家哈勃用当时最大的天文望远镜观测仙女座大星云,他把仙女座大星云外围部分分解为恒星,并从中找出几颗造父变星,利用造父变星能够指示距离的特性(称为造父视差),求出仙女座大星云的距离为50万光年(比实际距离要小得多),远远大于沙普利所定出的银河系的直径。后来在其他星云中也发现了造父变星,发现那些星云们距离更遥远。这样,人们才最后确认了河外星系的存在。

现在已知最大的星系是射电星系3C236,它的两个射电瓣两端相距可达6光秒差距以上。星系的大小相差悬殊【悬殊(xuánshū):相差很大。】,星系的质量和光度也彼此各异,旋涡星系的质量为109—1011太阳质量,即太阳质量的10亿—1000亿倍。不规则星系的质量比旋涡星系的质量普遍要小一些。至于椭圆星系,有的很大,比旋涡星系的质量要大100—10000倍,称为巨椭圆星系;有的椭圆星系质量较小,只有太阳质量的百万倍,称为矮椭圆星系。

20世纪初,天文学家发现绝大多数河外星系的光谱线都有向红端位移的现象,根据多普勒定律,这表示绝大多数星系都在远离我们,远离的速度v与位移质量的大小成正比。又根据哈勃定律,星系远离速度v和星系距离r成正比。因此,由谱线红移的大小可知星系远离我们的速度v,根据哈勃定律便可测定出星系的距离r。

天文学家观测发现,绝大多数河外星系的光谱线都有向光谱红端移位的现象,称为星系谱线红移。物理学上的多普勒效应说明,当波源运动时,其波长要发生变化。波长改变的大小和方向决定于波源的运动速度和方向。当波源远离观测者时,谱线向红端位移;当波源趋近观测者时,谱线向紫端位移。足系谱线红移说明河外星系在远离我们。

1912年,美国科学家最先利用谱线红移测量了河外星系的视向速度,结果除以上两星系光谱线向紫端位移外,其余星系的谱线都向红端位移。

1928年,美国天文学家斯里弗利用星系谱线红移测定了星系的视向速度,在这同时,美国天文学家哈勃和哈马逊测定了一些河外星系的距离。

1929年,哈勃根据24个已知距离和视向速度的河外星系,确定了星系视向速度和星系距离成比例的关系,距离越远,视向速度越大,这一速度距离关系叫哈勃定律。除了几个最近的河外星系之外,其余的星系都在离银河系而去,因此,这些星系的视向速度又称退行速度。

哈勃定律支特了宇宙膨胀学说。哈勃定律对正常星系而言是正确的,对类星体或其他特殊星系是否适用呢?目前还没有一致的看法。

邻近银河系的河外星系是大麦云和小麦云。前者距离为52千秒差距,约16万光年,后者距离为63千秒差距,约19万光年。1515—1521年,葡萄牙航海家麦哲伦作环球旅行经过南美洲南端一个海峡时,看到天顶附近有两个很大的星云。水手们回到欧洲后,介绍了麦哲伦的发现。后来人们便把其中较大的称为大麦哲伦星云(简称大麦云,位于杜鹃座内),较小的称为小麦哲伦星云(简称小麦云,位于剑鱼座和山案座交界处)。大麦云属棒旋星系,质量约为1010太阳质量;小麦云属不规则星系,质量约为2×109太阳质量,只有大麦云质量的1/5。跟银河系相比,它们都很小,可以认为是银河系的两个伴星系,三者形成一个三重星系。

大、小麦云中含有大量的星际气体,它们有一个共同的气体包层,并有气体从中流出,伸向银河系,形成联结大、小麦云和银河系的气体桥。这是银河系的潮汐【潮汐(cháoxī):由于月亮和太阳引力而产生的水位定时涨落的现象。】力作用的结果。

在大麦云中观测到一个著名的发射星云,剑鱼座30,它的形状很像蜘蛛星云,其直径约为500秒差距,质量达5×106太阳质量。

距离银河系最近的星系是1994年发现的一个暗弱的矮椭圆星系,它位于人马座中,距离我们地球约8万光年,实际上它与银河系中心的距离大约5万光年,只及大麦云距离的1/33。这个矮星系的大小约10000光年,是正常的矮星系直径的10倍。

最远的星系是位于织女座中的一个无名星系,它是1996年发现的,距离在80亿—120亿光年之间,天文学家们认为这一星系是非常年轻的,年龄可能只有1亿年,它正以每年30个太阳质量的速率将气体转化为恒星。顺便指出,现在已知宇宙中最遥远的天体是类星体PC1247+3406,距离为80亿—150亿光年。这样遥远的距离意味着我们今天所看到的类星体还是它80亿—150亿年前的样子。

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