漫话星系（1）
胡经国
一、星系概述
星系（Galaxy），别称宇宙岛，源于希腊语的galaxias，是指由数量巨大的恒星系及星际尘埃组成的运行系统。星系是构成宇宙的基本单位。参考我们的银河系，它是一个包含恒星、气体、宇宙尘埃和暗物质，并且受到重力束缚的大星系。典型的星系，从只有数千万颗恒星的“矮星系”，到拥有上兆颗恒星的“椭圆星系”都有；它们都环绕着一个质量中心运转。
除了单独的恒星和稀薄的星际物质之外，大部分的星系都拥有数量庞大的多星系统、星团以及各种不同的星云。
在可观测宇宙中，星系的总数可能达到1000亿个（1011）以上。 大部分星系的直径介于1000～100000“秒差距”；而其彼此之间的距离则可达百万“秒差距”的数量级。
在星系际空间（存在于星系之间的空间）充满了极稀薄的等离子，其平均密度小于每立方米1个原子。
多数的星系都会组织成更大的集团，称为“星系群”或“星系团”；而星系团则又会聚集成更大的“超星系团”。这些更大的集团通常被称为“大尺度纤维结构”，分布于宇宙中巨大的空洞周围。
二、星系特征
1、星系大小差异很大
星系大小差异很大。“椭圆星系”直径在3300光年至49万光年之间；“漩涡星系”直径在1.6万光年至16万光年之间；“不规则星系”直径大约在6500光年至2.9万光年之间。
2、星系的质量
星系的质量一般在太阳质量的100万至1兆倍之间。
3、星系的运动
星系内部的恒星在运动，而星系本身也在自转，整个星系也在空间运动。在传统上，天文学家认为，关于星系的自转方向，顺时针方向和逆时针方向的比率是相同的。但是，根据一个星系分类的分布式参与项目“星系动物园”的观察结果，逆时针方向自转的星系更多一些。
4、大多数星系具有红移现象
大多数星系具有红移现象，说明这些星系在空间视线方向上正在离地球越来越远。这也是大爆炸理论的一个有力证据。
下图为星系红移现象图解（Efecto Doppler：多普勒效应）（图源：网络）。
链接：多普勒效应
多普勒效应（Doppler effect），是为了纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。其主要内容为：物体辐射的波长由于波源和观测者的相对运动而产生变化。当在运动的波源前面时（上图上部），由于波被压缩，波长变得较短，频率变得较高，因而产生恒星光谱线蓝移（Blue Shift）现象；而当在运动的波源后面时（上图下部），则会产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低，因而产生恒星光谱线红移（Red Shift）现象；波源的运动速度越高，所产生的效应越大。根据波红（或蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度，除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。
5、星系分布
星系在大尺度分布上是接近均匀的；而在小尺度分布上则是很不均匀的。例如，大麦哲伦星系和小麦哲伦星系组成“双重星系”，它们又和银河系组成“三重星系”。
6、星系形状类型
在历史上，星系是依据它们的形状分类的（通常指它们视觉上的形状）。
最普通的椭圆星系，具有椭圆形状的明亮外观。
漩涡星系，具有“圆盘的形状”加上“弯曲的旋涡臂”。
不规则星系，通常都是由于受到邻近其它星系影响的结果。邻近星系之间的交互作用，也许会导致星系的合并，或者造成恒星大量的产生，成为所谓的“星爆星系”。而缺乏“有条理结构”的小星系则会被称为不规则星系。
7、星系中的暗物质和黑洞
虽然人类目前对暗物质的了解很少，但是在大部分的星系中它都占有大约90%的质量。观测数据显示，“超大质量黑洞”存在于绝大多数星系的核心，它们被认为是活动星系核的主因。银河系——地球和太阳系所在的星系——在其核心中至少也有一个这样的星体（人马座A）。
8、星系绕转形式
在宇宙中，由两颗或两颗以上的星球所形成的绕转运动组合体，叫做“绕转星系”。星球的“绕转形式”有两种：一种是众多质量小的星球绕着质量大的中心星球转动，如在太阳系中众多行星和彗星等绕着太阳转动；第二种是两颗或更多颗星球围绕共同质心相互转动。绝大多数星系属于前者。
三、星系结构
几乎没有星系是单独存在的，许多星系和一定数量的星系之间具有重力的束缚。
包含有50个左右星系的集团，叫做“星系群”。
更大的包含有数千个星系、横跨数百万“秒差距”空间的集团，叫做“星系团”。星系团通常由一个巨大的“椭圆星系”统治着，它的潮汐力会摧毁邻近的“卫星星系”，并且将质量加入星系中。
“超星系团”是更加巨大的星系集合体，拥有数万个星系；其中包括星系群、星系团和一些孤单的星系。在超星系团尺度上，星系会排列成“薄片状和细丝”，环绕着巨大的空洞。在上述尺度上，宇宙呈现出各向同性和均质性。
下图表示：“拉尼亚凯亚超星系团”是已知的最大的宇宙结构（图源：网络）。
银河系是“本星系群”中的一员。“本星系群”相对来说是一个直径大约为1022百万“秒差距”的小星系群。银河系和仙女座星系是“本星系群”中最大的两个星系，许多其它的矮星系都是这两个星系的“卫星星系”。“本星系群”是以“室女座星系团”为中心的巨大星系群与星系团的集合体的一部分。
星系在宇宙中呈网状分布。从大尺度看，星系包围着一个个像气泡一样的空白区域，在整体上形成类似蜘蛛网或神经网络的结构，称之为“宇宙大尺度分布”。
（未完待续）
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