倍福文学

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第2章 星系天文学（第1页）

以星系和星系际空间为研究对象的天文学分支学科，研究的对象是我们的银河系以外的星系（研究所有不属于银河系天文学的天体），又称河外天文学。它的任务是探讨星系的结构、运动、起源和演化，星系对、星系群和星系团的空间结构、相互作用和演化联系，星系成团现象以及更大尺度的物质分布。星系天文学是现代宇宙学的基础。

基本信息：

中文名称：星系天文学

外文名称：ga1anetomy

类型：天文学分支学科

研究对象：星系和星系际空间

别名：河外天文学

创始人：爱德温·哈勃（einp.hubb1e）

定义：

一门以河外星系为观测和研究对象的分支学科。

展简史和内容

1888年出版的《星云星团新总表》（ngc）及其《补编》（Ic）刊载了个非恒星天体和非单星天体，后来判明其中绝大多数是河外星系，这为星系天文学的诞生准备了基本资料。

1919年，哈勃用当时最大的1.5米和2.5米反射望远镜现了近距星系──仙女星系ngnetgnetgc6822中的造父变星，并根据周光关系，测定了距离，证明它们在银河系之外，并且指出当时统称为星云的天体，大多是和银河系同一等级的恒星系统，把它们命名为河外星系，简称星系。接着，哈勃在前人现的基础上，还揭示了星系世界普遍有谱线红移效应以及星系距离和红移大小成正比的规律，从而建立了星系天文学。五十年代以前，星系天文学主要沿着两个方向展。一是研究以1o年为演化尺度的星系（即所谓正常星系）的形态、结构、运动和物理状况;建立形态分类系统，把大多数星系纳入旋涡、棒旋、透镜、椭圆和不规则五大形态框架;通过星系的自转以及星系群的运动，测定星系的质量，表明从1o~1o太阳质量的矮星系、1o~1o太阳质量的巨星系、直到1o~1o太阳质量的巨星系，大小可差7个量级;用测光方法和光谱方法探讨星系的恒星成分和气体成分，以及星族的划分和分布等。另一方向的进展是，建立并改进星系距离尺度，通过星系的空间分布、成团现象和红移效应，探索大尺度宇宙结构，描述今日所公认的百亿光年范围的可观测宇宙等。

近三十年来，逐步打开了射电、红外线、紫外线、x射线和γ射线"

天窗"

;现了短于1o年的激扰活动和高能现象;探测到射电星系、类星体等形形色色的特殊河外天体;这些现都向天体物理学和传统观念提出了严重的挑战。今天的星系和星系际空间的研究已成为天文学最活跃的领域之一。

研究方法和手段

用中等口径的光学望远镜，可对本星系群的一些成员（如大小麦哲伦云、仙女星系）的星系盘、旋臂、星系核、星系晕和星系冕进行分部观察，并对其成员天体（星团、电离氢区、行星状星云、巨星、红巨星、新星、造父变星）作光度测量和光谱分析。然而，除少数近距星系外，绝大多数星系因距离遥远，呈现为暗弱的小面光源，其微小程度甚至接近于点源。要取得它们的光学观测资料，必须用大口径望远镜和高效能辐射接收装置，而对百亿光年的深空探索还得配备强光力广角设备。要掌握河外天体的射电天图，则必须有大型的射电并且还要具备能与光学成像相称的射电分辨技术。河外星系世界的非热辐射和高能过程，正吸引着全球的大型射电仪器和空间探测装置。当代威力强大的各个波段的望远镜都把河外天体作为重要的观察对象，以期在这方面获得更大的进展和突破。星系天文学的主要研究手段是天体物理方法和射电天文方法。此外，星系动力学和统计天文学也是重要的研究工具。

星系天文学之父

美国天文学家爱德温·哈勃（einp.hubb1e）（1889~1953）开辟了河外星系和大宇宙的研究，被誉为"

星系天文学之父"

。提到哈勃，使我们想起199o年4月24日，美国"

现号"

航天飞机把一架大型天文望远镜送入环绕地球运动的轨道。这架"

空间望远镜"

也叫"

哈勃空间望远镜"

，就是为纪念这位着名天文学家的。

1926年，哈勃根据星系的形状等特征，系统地提出星系分类法，这种方法一直沿用至今。他把星系分为三大类:椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。旋涡星系又可分为正常旋涡星系和棒旋星系。除此之外，也还有其它分类。对星系分类，是研究星系物理特征和演化规律的重要依据。

河外星系的特征：

大小

椭圆星系的大小差异很大，直径在33oo多光年至49万光年之间;旋涡星系的直径一般在1.6万光年至16万光年之间;不规则星系直径一般在65oo光年至2.9万光年之间。当然，由于星系的亮度总是由中心向边缘渐暗，外边缘没有明显界线，往往用不同的方法测得的结果也是不一样的。

质量

星系质量一般在太阳质量的1oo万至亿倍之间。椭圆星系的质量差异很大，大小质量差竟达1亿倍。相比之下，旋涡星系质量居中，不规则星系一般较小。

运动

星系内的恒星在运动，星系本身也有自转，星系整体在空间同样在运动。星系的红移现象所谓星系的红移现象，就是在星系的光谱观测中，某一谱线向红端的位移。为什么有这种位移呢?这种位移现象说明了什么呢?根据物理学中的多普勒效应，红移表明被观测的天体在空间视线方向上正在远离我们而去。1929年，哈勃现星系红移量与星系离我们的距离成正比。距离越远，红移量越大。这种关系被称之为哈勃定律。这是大爆炸宇宙学的实测依据。

分布

星系在宇宙空间的总体分布是各个方向都一样，近于均匀。但是从小尺度看，星系的分布又是不均匀的，与恒星的分布一样，有成团集聚的倾向，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。加上仙女座大星系等构成了本星系群。

演化

作为庞大的天体系统来说，星系也是有形成、展到衰亡的演化过程。星系从形态序列看有椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。这种形态上的差别是否代表它们演化阶段的不同呢?谁属年轻?谁是中年?谁算老年?这些问题仍未有结论，尚处于探索之中。椭圆星系:外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐暗。按外形又分为eo到e7八种次型。eo型椭圆星系e1型椭圆星系e7型椭圆星系旋涡星系:外形呈旋涡结构，有明显的核心，核心呈透镜形，核心球外是一个薄薄的圆盘，有几条旋臂，在旋涡星系中有一类的核心不是球形，而是棒状，旋臂从棒的两端生出，称为棒旋星系。sc型旋涡星系仙女座大星云是一个sb型旋涡星系正向的sb型旋涡星系sbb型棒旋星系不规则星系:外形没有明显的核心和旋臂，看不出旋转的对称性结构，呈不规则的形状。大麦哲伦云小麦哲伦云不规则星系除上述哈勃分类以外，也还有特殊星系，特殊星系主要表现在星系核有明显的活动。