高中地球科學/星系

與您的鄰里、國家，甚至地球相比，太陽系是一個非常大的地方。但宇宙中還有更大的系統；兩顆、兩百顆甚至二十億顆恆星的星系！小群恆星被稱為星系，而稍微大一點的星群被稱為星團。還有更大的恆星群，被稱為星系。我們的太陽系位於銀河系，而銀河系只是宇宙中眾多星系之一。宇宙中存在著幾種不同的星系型別，可能存在數十億個星系。

課程目標

區分星系和星團。
識別不同型別的星系。
描述我們自己的星系，銀河系。

星系和星團

星座是我們夜空中看到的恆星圖案，但這些恆星在太空中可能並不靠近。然而，有些恆星實際上在太空中緊密地分組在一起。這些小群恆星被稱為星系，而更大規模的包含數百顆或數千顆恆星的星群被稱為星團。

星系

我們的太陽系只有一顆恆星，太陽。但是許多恆星——實際上，超過我們星系中一半的明亮恆星——都位於由兩顆或更多顆恆星組成的系統中。由兩顆相互繞行的恆星組成的系統被稱為雙星系統。包含超過兩顆恆星的系統被稱為多星系統。在多星系統中，每顆恆星都繞著其他恆星執行。

通常，多星系統中的恆星彼此靠得太近，以至於您只能使用雙筒望遠鏡或望遠鏡來判斷那裡有多顆恆星。圖 26.7 顯示了天空中最亮的恆星天狼星 A。天狼星 A 是一顆非常大的恆星。如果您在圖中看到天狼星 A 的左下方，您會看到一顆小得多的恆星。這是天狼星 B，天狼星 A 的一顆白矮星伴星。

**圖 26.7**：明亮的天狼星實際上是一個雙星系統，包含一顆大恆星（天狼星 A）和一顆小恆星（天狼星 B）。這張來自哈勃太空望遠鏡的影像顯示了天狼星 B 在天狼星 A 的左下方。正如您可能猜到的那樣，天狼星 A 比天狼星 B 亮得多。天狼星 B 曾經比它的伴星更亮，但它變成了紅巨星，在大約 1 億到 1.25 億年前坍縮成它現在的昏暗狀態。

星團

星團分為兩種主要型別：疏散星團和球狀星團。疏散星團是由最多幾千顆恆星組成的星團，這些恆星被重力鬆散地束縛在一起。昴宿星團，如圖 26.8 所示，是一個著名的疏散星團。昴宿星團也被稱為七姐妹星團，因為您可以在沒有望遠鏡的情況下看到星團中的七顆恆星，但需要良好的視力。使用望遠鏡可以揭示昴宿星團有近千顆恆星。

疏散星團往往呈藍色，並且通常包含發光的氣體和塵埃。這是因為疏散星團中的恆星是年輕的恆星，它們是由同一個星雲形成的。最終，這些恆星可能會被對其他物體的引力吸引而分開。

圖 26.9 顯示了一個球狀星團的例子。球狀星團是由數十萬到數百萬顆恆星組成的星團，這些恆星被重力緊緊地束縛在一起。與疏散星團不同，球狀星團具有明確的球形。球狀星團主要包含古老的紅色恆星。當您靠近球狀星團的中心時，恆星會更靠近在一起。球狀星團中沒有太多塵埃——塵埃已經形成了恆星。

星系的型別

最大的恆星群被稱為星系。星系可以包含從幾百萬顆恆星到數十億顆恆星。您在夜空中看到的每顆恆星都是我們所在的星系銀河系的一部分。其他星系距離地球非常遙遠，比您所能看到的任何一顆最遙遠的恆星都遠得多。最近的主要星系——仙女座星系，如圖 26.10 所示——在肉眼看來只是一個小小的模糊斑點。但是，那個模糊的斑點包含一萬億顆恆星；那就是一千億，或者 1,000,000,000,000 顆恆星！

螺旋星系

星系根據形狀分為三種類型：螺旋星系、橢圓星系和不規則星系。螺旋星系旋轉或自轉，因此它們具有旋轉的恆星和塵埃盤、中間的凸起以及從中心向外延伸的幾個旋臂。螺旋星系有很多氣體和塵埃，以及許多年輕的恆星。圖 26.11 從側面顯示了一個螺旋星系，因此您可以看到圓盤和中心凸起。

圖 26.12 顯示了一個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塵埃。新的恆星是由這些塵埃形成的。由於旋臂包含大量年輕的恆星，因此它們往往呈藍色。

橢圓星系

圖 26.13 顯示了一個典型的橢圓星系。正如您可能猜到的那樣，橢圓星系是橢圓形或蛋形的。最小的橢圓星系與一些球狀星團一樣小。另一方面，巨型橢圓星系可以包含超過一萬億顆恆星。橢圓星系的顏色從紅色到黃色，因為它們主要包含古老的恆星。

通常，橢圓星系包含很少的氣體和塵埃，因為氣體和塵埃已經形成了恆星。然而，一些橢圓星系，比如圖 26.14 中顯示的星系，包含大量塵埃。天文學家認為，這些充滿塵埃的橢圓星系是在兩個大小相似的星系碰撞時形成的。

不規則星系和矮星系

看看圖 26.15 中的星系。你認為這是一個螺旋星系還是一個橢圓星系？它既不是！那些不是明顯橢圓星系或螺旋星系的星系被稱為不規則星系。大多數不規則星系曾經是螺旋星系或橢圓星系，後來由於引力吸引到更大的星系或與另一個星系碰撞而變形。

矮星系是小的星系，只包含幾百萬到幾十億顆恆星。大多數矮星系形狀不規則。然而，也存在矮橢圓星系和矮螺旋星系。矮星系是宇宙中最常見的型別。然而，由於它們相對較小且昏暗，我們看到的矮星系沒有它們的完整大小的同類那麼多。

回顧圖 26.10。在圖中，你可以看到兩個矮橢圓星系，它們是仙女座星系的伴星。一個是中心左側的明亮球體，另一個是中心下方和右側的細長橢圓形。矮星系經常出現在更大的星系附近。它們有時會與更大的鄰居發生碰撞併合並。

銀河系

如果你在非常晴朗的夜晚抬頭看天空，你可能會看到一條乳白色的光帶橫跨天空，如圖 26.16 所示。這條帶被稱為銀河，它由數百萬顆恆星以及大量的星際氣體和塵埃組成。這條帶是一個星系的圓盤，即銀河系，這是我們的星系。銀河系在我們看來與其他星系不同，因為我們實際上生活在它的內部！

形狀和大小

由於我們生活在銀河系內部，很難確切知道它是什麼樣子。但天文學家認為銀河系是一個典型的螺旋星系，包含大約 1000 億到 4000 億顆恆星。圖 26.17 展示瞭如果從外部觀察我們的星系，它可能是什麼樣子。

像其他螺旋星系一樣，我們的星系也有一個圓盤、一箇中心隆起和螺旋臂。圓盤的直徑約為 10 萬光年，厚度為 3000 光年。銀河系中的大多數氣體、塵埃、年輕恆星和疏散星團都在圓盤中。

中心隆起大約 12,000 到 16,000 光年寬，6,000 到 10,000 光年厚。中心隆起主要包含較老的恆星和球狀星團。一些最近的證據表明隆起可能不是球形的，而是呈棒狀。這個棒狀物可能長達 27,000 光年。圓盤和隆起被一個微弱的球形暈包圍，暈中也包含古老的恆星和球狀星團。一些天文學家認為，銀河系的中心有一個巨大的黑洞。

銀河系是一個很大的地方。如果我們的太陽系像你的拳頭那麼大，銀河系的圓盤仍然比整個美國還要寬！

我們的位置

我們的太陽系，包括太陽、地球和所有其他行星，都在銀河系圓盤中的一個螺旋臂內。我們天空中看到的大多數恆星都是相對較近的恆星，也位於這個螺旋臂中。我們距離銀河系中心約 26,000 光年。換句話說，我們生活在銀河系中心到邊緣之間略多於一半的位置。

就像地球繞太陽執行一樣，太陽系也繞銀河系中心執行。太陽系繞行一圈大約需要 2.25 億到 2.5 億年。自太陽系形成 46 億年以來，它已經繞行了 20 到 25 次。

課程總結

大多數恆星都處於由兩顆或更多顆恆星組成的系統中。
疏散星團是由引力鬆散地束縛在一起的年輕恆星群。
球狀星團是由引力緊緊束縛在一起的古老恆星球狀群。
星系是由數百萬到數十億顆恆星組成的集合。
螺旋星系有一個旋轉的恆星和塵埃圓盤、一箇中間的隆起以及從中心向外螺旋的幾個臂。圓盤和臂包含許多年輕的藍色恆星。
典型的橢圓星系呈卵形，呈紅色，主要包含古老的恆星。
那些不是橢圓星系或螺旋星系的星系被稱為不規則星系。這些星系通常是由於其他星系而變形。
被稱為銀河的光帶是我們星系的圓盤，即銀河系，這是一個典型的螺旋星系。
我們的太陽系位於銀河系的一個螺旋臂中，距離圓盤中心略多於一半。我們看到的絕大多數恆星都位於我們的螺旋臂中。

複習問題

什麼是雙星系統？
比較球狀星團和疏散星團。
列出三種主要的星系型別。
列出螺旋星系的三個主要特徵。
假設你看到一個圓形的星系，它是紅色的，幾乎沒有塵埃。它是什麼型別的星系？
我們生活在哪個星系中？它是什麼型別的星系？
描述一下我們的太陽系在我們星系中的位置。

詞彙

雙星系統: 兩顆相互繞行的恆星。
橢圓星系: 一個橢圓形或卵形的星系，包含較老的恆星，很少有氣體和塵埃。
星系: 由引力束縛在一起的非常大的恆星群；幾百萬到幾十億顆恆星。
球狀星團: 由引力束縛在一起的數十萬到數百萬顆恆星的群。
不規則星系: 一類既不是螺旋星系也不是橢圓星系的星系。
銀河: 我們星系的名稱；也是夜空中可見的白色星帶。
疏散星團: 由引力鬆散地束縛在一起的最多幾千顆恆星的群。
螺旋臂: 從螺旋星系的中心區域向外延伸的氣體和塵埃以及年輕恆星的區域。
螺旋星系: 一種旋轉型別的星系，具有中心隆起和螺旋臂，其中包含年輕恆星、氣體和塵埃。
恆星系統: 小型恆星群。
星團: 由數十萬顆恆星組成的較大恆星群。

思考點

宇宙中的物體往往成群結隊。你認為哪些力量或因素會導致物體形成並保持在群組中？
有些人過去曾稱星系為“島宇宙”。它們真的是宇宙嗎？為什麼或者為什麼不？
你能想到任何東西，無論是物體還是物體群，比星系更大嗎？

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