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特征

星系大小差異很大。橢圓星系直徑在3300光年到49萬(wàn)光年之間；漩渦星系直徑在1.6萬(wàn)光年到16萬(wàn)光年之間；不規(guī)則星系直徑大約在6500光年到2.9萬(wàn)光年之間。

星系的質(zhì)量一般在太陽(yáng)質(zhì)量的100萬(wàn)到1兆倍之間。

星系內(nèi)部的恒星在運(yùn)動(dòng)，而星系本身也在自轉(zhuǎn)，整個(gè)星系也在空間運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)上，天文學(xué)家認(rèn)為星系的自轉(zhuǎn)，順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较虻谋嚷适窍嗤?。但是根?jù)一個(gè)星系分類的分布式參與項(xiàng)目星系動(dòng)物園的觀察結(jié)果，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的星系更多一些 。

星系具有紅移現(xiàn)象，說(shuō)明這些星系在空間視線方向上正在離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)。這也是大爆炸理論的一個(gè)有力證據(jù)。

星系在大尺度的分布上是接近均勻的；但是小尺度上來(lái)看則很不均勻。例如大麥哲倫星系和小麥哲倫星系組成雙重星系，它們又和銀河系組成三重星系。

觀測(cè)簡(jiǎn)史

銀河系

  銀河系的銀心.

對(duì)我們自己的銀河系和其他星系的調(diào)查開(kāi)始于詹姆斯·畢倪和邁克爾·馬黎·費(fèi)爾德的報(bào)告書(shū)：星系天文學(xué)（Galactic astronomy）。

在1610年，伽利略使用他的望遠(yuǎn)鏡研究天空中明亮的帶狀物，也就是當(dāng)時(shí)所知的銀河，并且發(fā)現(xiàn)它是數(shù)量龐大但光度暗淡的恒星聚集而成的。在1755年的一篇論文，伊曼努爾·康德，借鑒更早期由托馬斯·懷特工作完成的素描圖，推測(cè)（正確的）星系可能是由數(shù)量龐大的恒星轉(zhuǎn)動(dòng)體，經(jīng)由重力的牽引聚集在一起，就如同我們的太陽(yáng)系，只是規(guī)模更為龐大。恒星聚集成盤狀，我們由盤內(nèi)透視的效果，將會(huì)看成一條在夜空中的光帶?？档乱膊孪肽承┰谝箍罩锌匆?jiàn)的星云可能是獨(dú)立的星系。

 羅斯勛爵在1845年的漩渦星系素描圖。

與其他星云的區(qū)別

在18世紀(jì)接近尾聲時(shí)，梅西爾完成了梅西爾目錄，收錄了103個(gè)明亮的星云。不久之后，威廉·赫協(xié)爾也完成了收錄多達(dá)5,000個(gè)星云的目錄。在1845年，羅斯勛爵建造了一架新的望遠(yuǎn)鏡，能夠區(qū)分出橢圓星系和漩渦星系，他也在這些星云中找到了一些獨(dú)立的點(diǎn)，為康得早先的說(shuō)法提供了證據(jù)。但是，星云仍未能獲得一致認(rèn)同是遙遠(yuǎn)的星系，直到1920年代早期哈伯使用新的大望遠(yuǎn)鏡才獲得確認(rèn)。哈伯分辨出漩渦星系外圍中單獨(dú)的恒星，并且辨認(rèn)出其中有些是造父變星，因而可以估計(jì)出這些星云狀天體的距離：她們的距離實(shí)在太遠(yuǎn)，以致不可能是銀河系的一部分。在1936年，哈伯制定了現(xiàn)在被稱為哈伯序列，并仍被使用的星系分類法。 第一位嘗試描述銀河系的形狀和太陽(yáng)位置的天文學(xué)家是威廉·赫協(xié)爾，他在1785年小心的計(jì)算天空中在不同區(qū)域的恒星數(shù)目，得到了太陽(yáng)系在中心的橢圓星系的圖像，這與1920年卡普坦得到的結(jié)果非常類似，只是比較小些（直徑大約15,00秒差距）。哈洛·夏普利使用另一種不同的方法，建立在球狀星團(tuán)的分布上，得到了一幅完全不同的圖像：一個(gè)直徑約70,000秒差距的扁平盤狀，而且太陽(yáng)在遠(yuǎn)離中心的位置上。但兩者的分析都沒(méi)有考慮到星際塵埃在銀河盤面上造成的光線的吸收的量；一旦羅伯特·朱利葉斯·莊普勒在1930年經(jīng)由研究疏散星團(tuán)確定了這個(gè)作用之后，我們現(xiàn)在所認(rèn)知的銀河系圖樣就浮現(xiàn)出來(lái)了。

現(xiàn)代研究

在1944年， 亨德力克·赫爾斯特 （ 英語(yǔ) ： Hendrik van de Hulst ） 預(yù)言氫原子會(huì)輻射出21公分波長(zhǎng)的微波，結(jié)果在1951年便發(fā)現(xiàn)來(lái)自星際氫原子的輻射線。這條輻射線允許對(duì)星系做更深入的研究，因?yàn)樗粫?huì)被星際塵埃吸收，并且來(lái)自他的多普勒位移能夠映射出星系內(nèi)氣體的運(yùn)動(dòng)。這些觀測(cè)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)的假定，分辨出在星系中心的棒狀結(jié)構(gòu)，配合無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡，在其他星系的氫原子也能被追蹤到。在1970年，維拉·魯賓的研究發(fā)現(xiàn)星系可見(jiàn)的總質(zhì)量（恒星和氣體）不能適當(dāng)?shù)恼f(shuō)明星系中氣體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。如今星系自轉(zhuǎn)問(wèn)題已經(jīng)用于解釋未能觀察到的大量暗物質(zhì)。

從1990年代開(kāi)始，哈伯太空望遠(yuǎn)鏡提高了觀測(cè)的效益，尤其是，他確認(rèn)了神秘的暗物質(zhì)不可能是在星系中的暗弱小天體。哈伯深空，對(duì)天空的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行極長(zhǎng)時(shí)間的，提供了宇宙中可能有多達(dá)1,750億個(gè)星系的可能證據(jù)。在不可見(jiàn)光的光譜偵測(cè)技術(shù)上的改進(jìn)（無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡、紅外線攝影機(jī)、X射線望遠(yuǎn)鏡），讓人類可以見(jiàn)到連哈伯太空望遠(yuǎn)鏡也看不見(jiàn)的其他星系。特別是，對(duì)天空中隱匿帶（天空中被銀河系遮蔽的部分）的星系巡天，揭露了相當(dāng)數(shù)量的新星系。

星系分類

  根據(jù)哈伯分類法，星系的類型 E 表示橢圓星系， S 是漩渦星系， SB 是棒旋星系。

星系主要分成三類：橢圓星系、漩渦星系和不規(guī)則星系。對(duì)星系類型更明確與廣泛的描述會(huì)在哈伯序列的條目中敘述。因?yàn)楣蛄惺歉鶕?jù)視覺(jué)的型態(tài)，他也許會(huì)錯(cuò)過(guò)某些星系的重要特征，例如恒星形成率（在星爆星系或活躍星系的核心）。

橢圓星系

哈伯分類法根據(jù)橢圓星系橢率的估計(jì)進(jìn)行分類，從E0，接近圓形的，到E7，非常瘦長(zhǎng)的。這些星系，不論視線的角度是如何，都有著橢圓形的外觀。她們看似沒(méi)有任何的結(jié)構(gòu)，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)星際物質(zhì)的成分也很少。通常這些星系會(huì)有少量的疏散星團(tuán)和少量新形成的恒星，取而代之的是老年的，與以各種不同方向環(huán)繞星系的中心，已經(jīng)成熟的恒星為主。她們的一些性質(zhì)類似小了許多的球狀星團(tuán)。

大部分的星系都是橢圓星系，許多橢圓星系相信是經(jīng)由星系的交互作用，碰撞或是合并，產(chǎn)生的。她們可以長(zhǎng)成極大的體積（與漩渦星系比較）而且巨大的橢圓星系經(jīng)常出現(xiàn)在星系群的中心區(qū)域。 星爆星系是星系碰撞后的結(jié)果，可能導(dǎo)致巨大橢圓星系的形成。

漩渦星系

 渦狀星系（左）是漩渦星系的一個(gè)例子。

在漩渦星系，螺旋臂的形狀近似對(duì)數(shù)螺線，在理論上顯示這是大量恒星一致轉(zhuǎn)動(dòng)造成的一種干擾模式。像恒星一樣，螺旋臂也繞著中心旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)的角速度并不是常數(shù)，這意味著恒星會(huì)穿越過(guò)螺旋臂，螺旋臂則是高密度區(qū)或是密度波。當(dāng)恒星進(jìn)入螺旋臂，他們會(huì)減速，因而創(chuàng)造出更高的密度；這就類似波將在高速公路上的車速延緩一樣。螺旋臂能被看見(jiàn)，是因?yàn)楦呙芏却偈购阈窃诖颂幷Q生，因而螺旋臂上有許多明亮和年輕的恒星。

 NGC 1300是棒旋星系的一個(gè)例子。

我們自己的星系，銀河系，有時(shí)就簡(jiǎn)稱為銀河，是一個(gè)有巨大星系盤的棒旋星系，直徑大約三萬(wàn)秒差距或是十萬(wàn)光年，厚度則約為三千光年；擁有約三千億顆恒星（3×10 ）和大約六千億顆太陽(yáng)的質(zhì)量。

矮星系

盡管橢圓星系和漩渦星系是很明顯與突出的，宇宙中大部分的星系都是矮星系，這些微小的星系都不到銀河系百分之一的大小，只擁有數(shù)十億顆的恒星。許多矮星系可能都會(huì)環(huán)繞著單獨(dú)的大星系運(yùn)轉(zhuǎn)，我們的銀河至少就有一打這樣的矮星系。矮星系依樣可以分成橢圓、螺旋和不規(guī)則。因?yàn)榘珯E圓星系外觀上與大的橢圓星系有一點(diǎn)相似，因此他們經(jīng)常被稱為矮橢球星系來(lái)取代。

活躍星系

有部分被我們觀察到的星系被分類為活躍星系，也就是說(shuō)，來(lái)自星系的總能量除了恒星、塵埃和星際介質(zhì)之外，還有另一個(gè)重要的來(lái)源。像這樣的活躍星系核的標(biāo)準(zhǔn)模型，根據(jù)能量的分布，認(rèn)為是物質(zhì)掉落入位在核心區(qū)域的超重質(zhì)量黑洞造成的。

以X射線的形式，輻射出高能量的星系被分類為西佛星系、類星體、或蝎虎座BL型天體。從由核心噴發(fā)出的相對(duì)論性噴流發(fā)射出無(wú)線電頻率的活躍星系被分類為電波星系。在統(tǒng)一場(chǎng)論的星系模型中，這些不同類的星系被解釋為從不同角度觀察所得到的結(jié)果。

不尋常的動(dòng)態(tài)和活動(dòng)

交互作用

 觸須星系正在發(fā)生碰撞，這將導(dǎo)致它們最終合并。

星暴星系

活動(dòng)星系核

大尺度結(jié)構(gòu)

非常少數(shù)的星系是單獨(dú)存在的，這些通常都被認(rèn)為是 視場(chǎng)星系 。許多星系和一定數(shù)量的星系之間有重力的束縛。包含有50個(gè)左右星系的集團(tuán)叫做星系群，更大的包含數(shù)千個(gè)星系，橫跨數(shù)百萬(wàn)秒差距空間的叫做星系集團(tuán)。星系集團(tuán)通常由一個(gè)巨大的橢圓星系統(tǒng)治著，他的潮汐力會(huì)摧毀鄰近的衛(wèi)星星系，并將質(zhì)量加入星系中。超星系集團(tuán)是巨大的集合體，擁有數(shù)萬(wàn)個(gè)星系，其中有星系群、星系集團(tuán)和一些孤單的星系；在超星系集團(tuán)尺度，星系會(huì)排列成薄片狀和細(xì)絲，環(huán)繞著巨大的空洞。在上述的尺度中，宇宙呈現(xiàn)出各向同性和均質(zhì)。

我們的銀河是本星系群中的一員，相對(duì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)直徑大約10 百萬(wàn)秒差距的小星系群。銀河和仙女座星系是這個(gè)群中最大的兩個(gè)星系，許多其他的矮星系都是這兩個(gè)的衛(wèi)星星系。本星系群是以室女座星系團(tuán)為中心的巨大星系群與星系集團(tuán)集合體的一部分。

星系在宇宙中呈網(wǎng)狀分布。從大尺度看，星系包圍著一個(gè)個(gè)像氣泡一樣的空白區(qū)域，在整體上形成類似蜘蛛網(wǎng)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，稱之為宇宙大尺度分布 。

星系的形成和演化

星系之形成和演化向來(lái)都眾說(shuō)紛紜，有些已經(jīng)被廣泛接受，但仍然有不少人質(zhì)疑。

星系的形成包含了兩方面，一是上下理論，二是下上理論。上下理論是指：星系乃由一次宇宙大爆炸中形成，發(fā)生在數(shù)億年前。另一個(gè)學(xué)說(shuō)則是指：星系乃由宇宙中旳微塵所形成。原本宇宙有大量的球狀星團(tuán)（globular cluster），后來(lái)這些星體相互碰撞而毀滅，剩下微塵。這些微塵經(jīng)過(guò)組合，而形成星系。

雖然在今時(shí)今日，關(guān)于星系形成的學(xué)問(wèn)有不少人質(zhì)疑，但大抵在星系形成研究方面，隨著研究的深入，已伸展至星系演化方面。在天文物理學(xué)中，有關(guān)星系形成和演化的問(wèn)題有：

在一個(gè)均質(zhì)的宇宙中，我們是否居住在一個(gè)獨(dú)特而與眾不同的場(chǎng)所？

星系是如何形成的？

星系是如何隨著時(shí)間改變的？

參見(jiàn)

星系團(tuán)

交互作用星系

最近的星系

參考文獻(xiàn)

書(shū)籍

Terence Dickinson: The Universe and Beyond（Fourth Edition） , Firefly Books Ltd. 2004, 2004

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