高中地球科学/星系

与您的邻里、国家，甚至地球相比，太阳系是一个非常大的地方。但宇宙中还有更大的系统；两颗、两百颗甚至二十亿颗恒星的星系！小群恒星被称为星系，而稍微大一点的星群被称为星团。还有更大的恒星群，被称为星系。我们的太阳系位于银河系，而银河系只是宇宙中众多星系之一。宇宙中存在着几种不同的星系类型，可能存在数十亿个星系。

课程目标

区分星系和星团。
识别不同类型的星系。
描述我们自己的星系，银河系。

星系和星团

星座是我们夜空中看到的恒星图案，但这些恒星在太空中可能并不靠近。然而，有些恒星实际上在太空中紧密地分组在一起。这些小群恒星被称为星系，而更大规模的包含数百颗或数千颗恒星的星群被称为星团。

星系

我们的太阳系只有一颗恒星，太阳。但是许多恒星——实际上，超过我们星系中一半的明亮恒星——都位于由两颗或更多颗恒星组成的系统中。由两颗相互绕行的恒星组成的系统被称为双星系统。包含超过两颗恒星的系统被称为多星系统。在多星系统中，每颗恒星都绕着其他恒星运行。

通常，多星系统中的恒星彼此靠得太近，以至于您只能使用双筒望远镜或望远镜来判断那里有多颗恒星。图 26.7 显示了天空中最亮的恒星天狼星 A。天狼星 A 是一颗非常大的恒星。如果您在图中看到天狼星 A 的左下方，您会看到一颗小得多的恒星。这是天狼星 B，天狼星 A 的一颗白矮星伴星。

**图 26.7**：明亮的天狼星实际上是一个双星系统，包含一颗大恒星（天狼星 A）和一颗小恒星（天狼星 B）。这张来自哈勃太空望远镜的图像显示了天狼星 B 在天狼星 A 的左下方。正如您可能猜到的那样，天狼星 A 比天狼星 B 亮得多。天狼星 B 曾经比它的伴星更亮，但它变成了红巨星，在大约 1 亿到 1.25 亿年前坍缩成它现在的昏暗状态。

星团

星团分为两种主要类型：疏散星团和球状星团。疏散星团是由最多几千颗恒星组成的星团，这些恒星被重力松散地束缚在一起。昴宿星团，如图 26.8 所示，是一个著名的疏散星团。昴宿星团也被称为七姐妹星团，因为您可以在没有望远镜的情况下看到星团中的七颗恒星，但需要良好的视力。使用望远镜可以揭示昴宿星团有近千颗恒星。

疏散星团往往呈蓝色，并且通常包含发光的气体和尘埃。这是因为疏散星团中的恒星是年轻的恒星，它们是由同一个星云形成的。最终，这些恒星可能会被对其他物体的引力吸引而分开。

图 26.9 显示了一个球状星团的例子。球状星团是由数十万到数百万颗恒星组成的星团，这些恒星被重力紧紧地束缚在一起。与疏散星团不同，球状星团具有明确的球形。球状星团主要包含古老的红色恒星。当您靠近球状星团的中心时，恒星会更靠近在一起。球状星团中没有太多尘埃——尘埃已经形成了恒星。

星系的类型

最大的恒星群被称为星系。星系可以包含从几百万颗恒星到数十亿颗恒星。您在夜空中看到的每颗恒星都是我们所在的星系银河系的一部分。其他星系距离地球非常遥远，比您所能看到的任何一颗最遥远的恒星都远得多。最近的主要星系——仙女座星系，如图 26.10 所示——在肉眼看来只是一个小小的模糊斑点。但是，那个模糊的斑点包含一万亿颗恒星；那就是一千亿，或者 1,000,000,000,000 颗恒星！

螺旋星系

星系根据形状分为三种类型：螺旋星系、椭圆星系和不规则星系。螺旋星系旋转或自转，因此它们具有旋转的恒星和尘埃盘、中间的凸起以及从中心向外延伸的几个旋臂。螺旋星系有很多气体和尘埃，以及许多年轻的恒星。图 26.11 从侧面显示了一个螺旋星系，因此您可以看到圆盘和中心凸起。

图 26.12 显示了一个正面看到的螺旋星系，因此您可以看到旋臂。星系的旋臂包含大量尘埃。新的恒星是由这些尘埃形成的。由于旋臂包含大量年轻的恒星，因此它们往往呈蓝色。

椭圆星系

图 26.13 显示了一个典型的椭圆星系。正如您可能猜到的那样，椭圆星系是椭圆形或蛋形的。最小的椭圆星系与一些球状星团一样小。另一方面，巨型椭圆星系可以包含超过一万亿颗恒星。椭圆星系的颜色从红色到黄色，因为它们主要包含古老的恒星。

通常，椭圆星系包含很少的气体和尘埃，因为气体和尘埃已经形成了恒星。然而，一些椭圆星系，比如图 26.14 中显示的星系，包含大量尘埃。天文学家认为，这些充满尘埃的椭圆星系是在两个大小相似的星系碰撞时形成的。

不规则星系和矮星系

看看图 26.15 中的星系。你认为这是一个螺旋星系还是一个椭圆星系？它既不是！那些不是明显椭圆星系或螺旋星系的星系被称为不规则星系。大多数不规则星系曾经是螺旋星系或椭圆星系，后来由于引力吸引到更大的星系或与另一个星系碰撞而变形。

矮星系是小的星系，只包含几百万到几十亿颗恒星。大多数矮星系形状不规则。然而，也存在矮椭圆星系和矮螺旋星系。矮星系是宇宙中最常见的类型。然而，由于它们相对较小且昏暗，我们看到的矮星系没有它们的完整大小的同类那么多。

回顾图 26.10。在图中，你可以看到两个矮椭圆星系，它们是仙女座星系的伴星。一个是中心左侧的明亮球体，另一个是中心下方和右侧的细长椭圆形。矮星系经常出现在更大的星系附近。它们有时会与更大的邻居发生碰撞并合并。

银河系

如果你在非常晴朗的夜晚抬头看天空，你可能会看到一条乳白色的光带横跨天空，如图 26.16 所示。这条带被称为银河，它由数百万颗恒星以及大量的星际气体和尘埃组成。这条带是一个星系的圆盘，即银河系，这是我们的星系。银河系在我们看来与其他星系不同，因为我们实际上生活在它的内部！

形状和大小

由于我们生活在银河系内部，很难确切知道它是什么样子。但天文学家认为银河系是一个典型的螺旋星系，包含大约 1000 亿到 4000 亿颗恒星。图 26.17 展示了如果从外部观察我们的星系，它可能是什么样子。

像其他螺旋星系一样，我们的星系也有一个圆盘、一个中心隆起和螺旋臂。圆盘的直径约为 10 万光年，厚度为 3000 光年。银河系中的大多数气体、尘埃、年轻恒星和疏散星团都在圆盘中。

中心隆起大约 12,000 到 16,000 光年宽，6,000 到 10,000 光年厚。中心隆起主要包含较老的恒星和球状星团。一些最近的证据表明隆起可能不是球形的，而是呈棒状。这个棒状物可能长达 27,000 光年。圆盘和隆起被一个微弱的球形晕包围，晕中也包含古老的恒星和球状星团。一些天文学家认为，银河系的中心有一个巨大的黑洞。

银河系是一个很大的地方。如果我们的太阳系像你的拳头那么大，银河系的圆盘仍然比整个美国还要宽！

我们的位置

我们的太阳系，包括太阳、地球和所有其他行星，都在银河系圆盘中的一个螺旋臂内。我们天空中看到的大多数恒星都是相对较近的恒星，也位于这个螺旋臂中。我们距离银河系中心约 26,000 光年。换句话说，我们生活在银河系中心到边缘之间略多于一半的位置。

就像地球绕太阳运行一样，太阳系也绕银河系中心运行。太阳系绕行一圈大约需要 2.25 亿到 2.5 亿年。自太阳系形成 46 亿年以来，它已经绕行了 20 到 25 次。

课程总结

大多数恒星都处于由两颗或更多颗恒星组成的系统中。
疏散星团是由引力松散地束缚在一起的年轻恒星群。
球状星团是由引力紧紧束缚在一起的古老恒星球状群。
星系是由数百万到数十亿颗恒星组成的集合。
螺旋星系有一个旋转的恒星和尘埃圆盘、一个中间的隆起以及从中心向外螺旋的几个臂。圆盘和臂包含许多年轻的蓝色恒星。
典型的椭圆星系呈卵形，呈红色，主要包含古老的恒星。
那些不是椭圆星系或螺旋星系的星系被称为不规则星系。这些星系通常是由于其他星系而变形。
被称为银河的光带是我们星系的圆盘，即银河系，这是一个典型的螺旋星系。
我们的太阳系位于银河系的一个螺旋臂中，距离圆盘中心略多于一半。我们看到的绝大多数恒星都位于我们的螺旋臂中。

复习问题

什么是双星系统？
比较球状星团和疏散星团。
列出三种主要的星系类型。
列出螺旋星系的三个主要特征。
假设你看到一个圆形的星系，它是红色的，几乎没有尘埃。它是什么类型的星系？
我们生活在哪个星系中？它是什么类型的星系？
描述一下我们的太阳系在我们星系中的位置。

词汇

双星系统: 两颗相互绕行的恒星。
椭圆星系: 一个椭圆形或卵形的星系，包含较老的恒星，很少有气体和尘埃。
星系: 由引力束缚在一起的非常大的恒星群；几百万到几十亿颗恒星。
球状星团: 由引力束缚在一起的数十万到数百万颗恒星的群。
不规则星系: 一类既不是螺旋星系也不是椭圆星系的星系。
银河: 我们星系的名称；也是夜空中可见的白色星带。
疏散星团: 由引力松散地束缚在一起的最多几千颗恒星的群。
螺旋臂: 从螺旋星系的中心区域向外延伸的气体和尘埃以及年轻恒星的区域。
螺旋星系: 一种旋转类型的星系，具有中心隆起和螺旋臂，其中包含年轻恒星、气体和尘埃。
恒星系统: 小型恒星群。
星团: 由数十万颗恒星组成的较大恒星群。

思考点

宇宙中的物体往往成群结队。你认为哪些力量或因素会导致物体形成并保持在群组中？
有些人过去曾称星系为“岛宇宙”。它们真的是宇宙吗？为什么或者为什么不？
你能想到任何东西，无论是物体还是物体群，比星系更大吗？

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