天文名词解释：星系（galaxy）

夜猫子

星系（galaxy）

恒星和星际物质组成的系统。几十亿个这样的系统构成了宇宙。由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等构成，占据几千光年至几十万光年的空间的天体系统。我们的银河系就是一个普通的星系。银河系以外的星系称为河外星系，一般称为星系。

星系在大小、组成和结构等方面，彼此差别很大。但它们几乎全都排布成群或团，其每一个的成员星系，少者几个，多者可达万个。星系的直径通常以几万光年计。在一个星系团内，星系之间的平均距离约为100至200万光年。星系团之间的间距可能再大上百倍。每个星系均由为数众多（大多是从几亿个到1万亿个以上）的恒星组成。在许多星系（如银河系）中，都能检测到由星际气体和尘粒组成的星云。   

十七世纪望远镜发明以后，人们陆续观测到一些云雾状的天体，称之为星云。十八世纪，德国的康德、瑞典的斯维登堡和英国的赖特都曾猜想这些云状天体是像银河一样由星群构成的宇宙岛，只是因为距离太远而不能分辨出一颗一颗的星来。但是，它们到底有多远，直到二十世纪初才找到线索。1917年美国天文学家G.W.里奇在威尔逊山天文台所摄的星云 NGC6946的照片中发现了一颗新星，随后柯蒂斯也有类似的发现。因为这些新星极其暗弱，他们认为星云应该极其遥远，是银河系以外的天体。1924年，美国天文学家哈勃，用威尔逊山天文台的 2.5米大望远镜在仙女座星云、三角座星云和星云 NGC6822中发现造父变星，并且根据造父变星的周光关系定出这几个星云的距离，终于肯定了它们是银河系以外的天体系统，于是称它们为河外星系。

大多数已知的星系均可划归两大类型：旋涡星系和椭圆星系。星空中约70%的亮星，包括银河系在内，都是旋涡星系。

旋涡星系有一个直径5至15万光年的恒星主盘，盘的厚度约为直径的十分之一。沉陷在盘结构中的是旋臂，它像玩具风车那样，从中心向外旋伸。在旋臂中，最大量地集聚着旋涡星系的星际气体和尘埃。在集聚区域内，能形成恒星。在新诞生的恒星中，间或有生存期短、光度高的；它们存在于旋臂内，在望远镜拍摄的底片上明显可见。旋涡星系的中央核周围是一个巨大的核心隆起结构，大多数情况下，均接近于球体。其直径大者，可达盘结构直径之半。在核球和盘结构之外是由星团、单个恒星或许还有其他物质构成一个稀疏的、或多或少为球状的晕。星系晕能伸展到盘结构之外很远处，并拥有星系总质量的大部分。

通常将旋涡星系划分为“正常旋涡”和“棒旋”两种类型。在棒旋星系中，旋臂或是起始于一个贯穿星系核，由恒星和星际物质组成的直棒结构的终端，或是起始于并非星系核而是星系棒周围的一个圆环结构。旋涡星系按照三个密切相关的参数：核的大小、旋臂缠卷的松紧度和旋臂的平滑度，还可以进一步细分。

椭圆星系在望远镜中呈现的图像是一个由对称分布的恒星构成的球形或圆形。这种星系的大小范围，从大到伸跨几十万光年的、罕见的巨椭圆星系，到小至只拥有几百万个恒星的矮椭圆星系。虽然没有一个矮椭圆星系在天上引人注目，但它们却都是星系中最常见的一类。椭圆星系的投影图像的形态范围是从近圆形直到极扁的椭圆形。然而，它们的扁椭并非由于自转。此外，也不知道它们的真实形状究竟是扁球形，还是长球形。

少数星系不能很好地和通用的划分框架拟合，它们被分类为不规则星系。此外，还有一些特殊类型的星系。如没有旋臂的星系。这可能是当它们在星系团际气体中运行时，它们的星际物质被剥离了。如超巨椭圆星。可能是几个相互碰撞的星系彼此并合或融合的产物。如活动星系，它们的中央核呈现出壮观的或激烈的活动证据。  从较小的尺度来看，星系的分布是不均匀的，有星系成团的倾向。有的是两个结成一对；多的可能几百以至几千个星系聚成一团。离银河系最近的星系是大麦哲伦云和小麦哲伦云，距离分别约为16万和19万光年。银河系同麦哲伦云、仙女星系以及其他30多个星系构成一个集团，称为本星系群。一般的星系集团称为星系团。星系团有两种，一种是规则星系团，因为有球对称性而且中心密集度高，又称为球状星系团；另一种为不规则星系团，或疏散星系团。前者主要由椭圆星系构成，后者则包括各类星系。星系团内星系之间的距离约为百万光年量级。本星系群和室女星系团等星系团又构成更高级的集团──本超星系团，其长径约1～2.5亿光年，其总质量约为太阳的千万亿倍。现在观测到的星系团已有一万个，最远的星系团距离银河系约70亿光年。

星系内部的恒星在运动，而星系作为一个整体也在运动。恒星在星系内部的运动有两种，一是围绕星系核心的旋转运动，一是弥散运动。呈扁平状的星系都有旋转运动，旋转的特点是较差自转，角速度随到中心的距离而不同。弥散运动是迭加在旋转运动上的随机运动。星系整体也有各种运动。成对出现的星系彼此围绕公共质心转动。在星系团中，星系间有随机的相对运动,甚至碰撞。此外，1929年哈勃还发现星系的红移同距离成正比的关系。按照红移的径向多普勒效应解释，这表明星系之间距离在逐渐加大，这就是宇宙膨胀运动。右图是两个运动中的星系,巨大的引力使它们拉出长长的“尾巴”

　　从星系的运动可得知星系的质量。根据牛顿定律，转动着的星系内任一点的离心力必须同该点轨道以内所有物质对它的引力相平衡,这就可由速度-距离的实测曲线得出星系的质量分布和总质量。用此法求出的星系质量一般为太阳的109～1011倍，例如仙女星系的质量为太阳质量的3×1011倍。对于双重星系，可用类似于测定双星质量的方法，根据它们的速度求出质量。用这种方法求出的椭圆星系质量要比旋涡星系质量大一个数量级。

　　人们曾经提出这样的星系演化序列：由椭圆星系到旋涡星系，由紧旋涡逐渐旋开变为松旋涡以至成为不规则星系。也有人认为是沿着相反的途径演化的。因为不同类型星系的质量和角动量有量级的差异，难以解释在演化中总质量和角动量变化很大的现象，所以现在越来越多的人认为星系分类的序列并不是演化序列，而只是初始条件的反映。密度较大的原云，角动量密度较小，因而恒星形成率高，自转较慢，成为星多气少的椭圆星系；密度低而角动量密度高的原云，恒星形成率低，未形成恒星的气体多，在快速自转中变为扁盘形，从中产生旋臂,并不断产生新的恒星。到目前为止,星系的演化还是一个没有解决的问题。