講解一下我們經常聽說過的星系

星系

galaxy

2015年10月，美國國家航空航天局（NASA）與歐洲航天局（ESA）使用哈勃太空望遠鏡，在引力透鏡效應下拍攝到了一組大幅星系圖像樣本，這是迄今為止宇宙中出現最早也最為模糊的星系，其中有些在宇宙大爆炸後6億年就已形成。

這一發現，再次引燃了人們對星系的研究熱情。星系是什麼樣的天體？星系的種類有多少？星系互相碰撞會怎樣？讓我們一起進入星系神秘的世界。

仙女星系

何為星系？

也許你會有這樣的疑問，什麼是星系？星系就是無數的恆星和漂浮在恆星之間的氣體和塵埃等「星際物質」，還有未知的「暗物質」等，由於引力而聚集在一起形成的天體。星系的規模大小不等，從100萬顆左右的恆星組成的小星系，到100萬億顆左右的恆星組成的巨大星系都有。並且，人們認為幾乎所有的恆星都擁有多個行星。我們所在的銀河系是由2000億～4000億顆恆星組成的，屬於星系中最最普通的旋渦星系。

旋渦星系的結構就像一個煎雞蛋。相當於蛋白的是「星系盤」（galactic disc），中央較厚的相當於蛋黃的是「星系核球」（galactic bulge）。並且，「星系盤」中有「旋臂」結構存在。

「星系盤」的外側，有一層包住中心和圓盤的、大致是球形的星系暈（galactic halo）。星系暈中有「球狀星團」和不屬於任何星團的恆星（星系暈星），以及暗物質等。所謂的球狀星團，是幾萬到幾百萬個恆星構成的球狀物，其特徵是：年老的恆星居多。

那麼，宇宙中有多少個星系呢？因為宇宙有多大尚不明了，所以整個宇宙中有多少星系也不得而知。但是，人們認為，現在能夠用望遠鏡等觀測到的宇宙範圍內，約有1000億個星系存在。

這些星系並非均勻地分布在宇宙空間中。有由100個以上的明亮星系構成的「星系團」、也有規模較小的「星系群」等集團。要是從幾億光年以上的尺度來看，有的區域星系密集，有的區域沒有星系。這稱為「宇宙的大尺度結構」。

星系種類知多少？

美國天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble，1889～1953），用當時最先進的望遠鏡，發現了各種各樣的星系。他在1926年提出了星系分類的標準：由旋渦狀旋臂構成了星系盤的旋渦星系，近似於球形的橢圓星系，以及不屬於這兩類的不規則星系。

旋渦星系M51（左）和矮星系NGC5195（右）

在有的旋渦星系中，中央的星系核球呈棒狀結構，這樣的星系被特稱為棒旋星系。我們所在的銀河系中也發現有棒旋星系，旋渦星系的圓盤部分向同一個方向轉動。

橢圓星系是恆星聚集成的近似於球形的星系。橢圓星系不像旋渦星系那樣朝同一個方向轉動，其特徵是每顆星的運動都有很大的隨機性。旋渦星系和不規則星系發生大規模碰撞時，會產生橢圓星系。

典型的不規則星系的例子是如雲狀分布在南半球夜空中的「大麥雲」（Large Magellanic Cloud）和「小麥雲」（Small Magellanic Cloud）。這兩個星系既不像橢圓星系那樣呈橢球狀，也不像旋渦星系那樣有旋臂，所以不能劃入這兩類。

多個星系碰撞、合併過程中的星系，不包括在這3種主要的星系類型之中，這樣的星系屬於「特殊星系」類。星系碰撞時，引力互相影響，變成複雜的形狀。

星系的形狀是如何變化的？

科學家現在還沒有明確背後的原因。現在的猜想是，星系誕生時很小，形狀也不規則，和現在的那些不規則星系一樣。然後，星系互相兼并、成長，當規模差不多的星系發生碰撞時，形成橢圓星系；吸收了小的星系而長大的星系，變成旋渦星系。

2013年8月，NASA把用哈勃太空望遠鏡拍攝的1670個星系，按照大小和形狀進行了分類。結果顯示，110億年前的星系都比現代的星系小，但是旋渦星系和橢圓星系都已經存在了，這說明了基本的星系類型至少從110億年前就沒有改變。現在人們正在繼續研究星系進化之謎。

星系互相碰撞會怎樣？

研究發現，距離銀河系250萬光年之遙的仙女星系正以100千米/秒以上的速度向銀河系逼近，在未來的某一天，這兩個星系將不可避免地相撞。

實際上，相對於星系的大小而言，它們在宇宙中的分布密度是比較高的，我們已經觀測到許多處於碰撞狀態中的星系。因此對於星系間是否會碰撞的問題，答案是肯定的。那麼，星系碰撞後會怎樣呢？

以仙女星系和銀河係為例。當這兩個大星系發生碰撞的時候，星系的形狀發生巨大變化，新恆星的形成非常活躍。碰撞後，兩個星系暫時分開，又因彼此的引力互相吸引，再次碰撞。這樣，經過無數次碰撞之後，整個星系新恆星活躍形成，最終星際氣體消耗殆盡，結果變成一個巨大的橢圓星系。

可以說，星系碰撞在宇宙中相當普遍，對星系進化具有非常重要的意義。科學家根據觀測結果對星系碰撞的頻率進行了計算，結果發現，在大約100億年前，實際上有近10%的星系正在發生碰撞。後來，隨著星系不斷合併，碰撞的頻率才逐漸降低了。如今，只有大約1%的星系正在發生碰撞。

小星系通過碰撞、合併而不斷變大，形狀也隨之改變。位於星系群或星系團中的星系將合併為巨大的橢圓星系。同時，由於宇宙在加速膨脹，因此沒有星系的空間（巨洞）持續變大，我們與遠方星系的距離將會越來越大。根據宇宙現在的情形推斷，未來的宇宙會是一個異常孤單寂寞的世界，只稀稀疏疏地分布著一些巨大的橢圓星系，這是很有可能出現的場景之一。

神秘而美麗的星系，還有許多疑問等著人類去揭開。讓我們攜起手來，一起探尋星系和宇宙的奧秘吧！

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