书城科普读物探究式科普丛书-宇宙中的岛屿:星系
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第2章 天外飞仙——星系(2)

2.殊途同归——星云的分类

由于星际物质在宇宙空间的分布并不均匀,在引力作用下,某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来,形成云雾状的星云。

按照形态,银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。

根据它们的位置或形状命名,则有猎户座大星云、天琴座大星云等。

(1)发射星云

发射星云是由星际气体组成的发光的云,它是受到附近炽热光量的恒星激发而发光的。在这些恒星紫外线的辐射作用下,星云中的氢气被电离激发而产生光芒。

发射星云由气体和尘埃组成,其中,估计气体占星云总质量的99%,尘埃只有1%。

发射星云能辐射出各种不同色光的游离气体云(也就是所谓的等离子或称电浆)。通常,一颗年轻的恒星在诞生的过程中都会造成周围的部分气体游离,虽然只有质量大而且发热的恒星能造成大量的游离,但是一群年轻的星团经常也可以造成相同的结果。

一般星云的颜色取决于化学组成和被游离的量。由于星际间的气体绝大部分都是在相对条件下有较低能量就能游离的氢,所以许多发射星云都是红色的。相反,如果有更高的能量可以造成其他元素的游离,那么星云就会出现绿色和蓝色的云气,比较耀眼而迷人。

在北半球,最着名的发射星云是在天鹅座的北美洲星云和网状星云;在南半球最好看的则是在人马座的礁湖星云和猎户座的猎户星云,还有更南边明亮的卡利纳星云。

发射星云时常会出现黑斑现象,这是云气中的尘埃阻挡了光线的传播造成的。发射星云和尘埃的组合经常会产生一些看起来很有趣的天体,而许多这一类的天体都会有传神或有比喻的名称,例如北美洲星云和锥星云。

有些星云是由反射星云和发射星云结合在一起的,例如三裂星云等。

(2)反射星云

反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的,呈蓝色。星云只是由尘埃组成,能够单纯地反射附近恒星或星团光线的云气。尽管这些邻近的恒星没有足够的热,可以让云气被电离而发光,但却有足够的亮度可以让尘粒因散射光线而被看见。所以,反射星云显示出的频率光谱跟照亮它的恒星很相似。

(3)暗星云

假如气体星云和尘埃星云的附近没有发亮恒星的照射,那么这些星云将是黑暗的,呈现为显眼的暗星云。

暗星云由于它既不发光,也没有光供它反射,但是它会吸收和散射来自它后面别的星云或者恒星的光线,因此它才可以在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下被发现。

暗星云的密度足以遮蔽来自背景的发射星云或反射星云的光,或是遮蔽背景恒星的光,比如马头星云。

暗星云的形成通常是无规则可循的,它们没有被明确定义的外型和边界,有时会形成复杂的蜒蜒形状。巨大的暗星云以肉眼就能看见,在明亮的银河中呈现出黑暗的补丁。在暗星云的内部是发生重要事件场所,导致恒星初步形成。

(4)超新星遗迹

超新星遗迹也是一类与弥漫星云性质完全不同的星云,它们是超新星爆发后抛出的气体形成的。与行星状星云一样,这类星云的体积也在膨胀之中,最后也趋于消散。

最有名超新星遗迹是金星座中的蟹状星云。它是由一颗在1054年爆发的银河系内的超新星留下的遗迹。在这个星云中央已发现有一颗中子星,但中子星体积非常小,用光学望远镜不能看到。它是因为它有脉冲式的无线电波辐射而发现的,并在理论上确定为中子星。

(5)弥漫星云

弥漫星云正如它的名称一样,没有明显的边界,常常呈现为不规则的形状,犹如天空中的云彩。但是它们一般都得使用望远镜才能观测到,很多只有用天体照相机作长时间曝光才能显示出它们的美貌。它们的直径在几十光年左右,密度平均为每立方厘米10~100个原子。

它们主要分布在银道面附近。

比较着名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

弥漫星云是星际介质集中在一颗或几颗亮星周围而造成的亮星云。这些亮星都是形成不久的年轻恒星。

(6)行星状星云

行星状星云呈圆形、扁圆形或环形,有些与大行星很相像,因而得名,但和行星没有任何联系。不是所有行星状星云都是呈圆面的,有些行星状星云的形状十分独特,如位于狐狸座的哑铃星云及英仙座中小哑铃星云等。

样子有点像吐的烟圈,中心是空的,而且往往有一颗很亮的恒星在行星状星云的中央,称为行星状星云的中央星,是正在演化成白矮星的恒星。中央星不断向外抛射物质,形成星云。

可见,行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较着名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。这类星云与弥漫星云在性质上完全不同,它们的体积处于不断膨胀之中,最后趋于消散。行星状星云的“生命”十分短暂,通常这些气壳会在数万年之内便会逐渐消失。

第四节群星闪耀——星团

1.炫巧争奇——星团

星团作为宇宙星系的主要组成部分,对天文科学研究意义非凡,举足轻重。

星团是指恒星数目超过10颗以上,并且相互之间存在物理联系(引力作用)的星群。由于物理上的原因聚集在一起,受引力作用束缚,其成员星的空间密度显着高于周围的星场。

在五彩缤纷、众星云集的银河系里,恒星除了以单个的形式,或组成双星、聚星的形式出现外,也有以更多的星聚集在一起的。星团的成员在其间多的可达几十万颗。

星团在星系中“炫巧争奇,遍布幽奥”,只是不同的地方星团的种类也不同而已。人们把银河系、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。一般的星系集团也被称为星系团。

2.数形结合——星团的分类和特征

星团按形态和成员星的数量等特征分为两类:球状星团和疏散星团。

由十几颗到几千颗恒星组成的结构松散、形状不规则的星团称为疏散星团。它们主要分布在银道面,因此又叫做银河星团,主要由蓝巨星组成,例如昴宿星团(又名昴星团);由上万颗到几十万颗恒星组成,整体像圆形,中心密集的星团称为球状星团。

(1)球状星团

球状星团呈球形或扁球形,与疏散星团相比,它们是紧密的恒星集团。这类星团包含1万~1000万颗恒星,成员星的平均质量比太阳略小。星团中央的恒星非常密集,不能将它们分开。

在银河系中已发现的球状星团有150多个。它们在空间上的分布非常奇特,其中仅占全天空面积百分之几的范围内,就有三分之一的球状星团在人马座附近。银河系的中心就在人马星座方向上。

和疏散星团不同,球状星团并不向银道面集中,而是向银河系中心集中。它们离开银河系中心的距离极大多数在6万光年以内,只有很少数分布在更远的地方。球状星团的光度大,在很远的地方也能看到,而且被浓密的星际尘埃云遮掩的可能性不大。因此未发现的球状星团数量大致不超过100个,总数比疏散星团少得多。

球状星团的直径在15~300多光年范围内,成员星平均空间密度比太阳附近恒星空间密度约大50倍,中心密度则大1000倍左右。

球状星团中没有年轻恒星,成员星的年龄一般都在100亿年以上,并据推测和观测结果,有较多死亡的恒星。

(2)疏散星团

疏散星团形态不规则,包含几十至两三千颗恒星,成员星分布得较为松散,用望远镜观测,容易将成员星一颗颗地分开。少数疏散星团用肉眼就可以看见。如,金牛座中的昴星团和毕星团、巨蟹座中的鬼星团,等等。

在银河系中已发现的疏散星团有1000多个。

它们高度集中在银道面的两旁,离开银道面的距离一般小于600光年左右。大多数已知道疏散星团离开太阳的距离在1万光年以内。更远的疏散星团无疑是存在的,它们或者处于密集的银河背景中不能辨认,或者受到星际尘埃云遮挡无法看见。据推测,银河系中疏散星团的总数有1万~10万个。

疏散星团的直径大多数在3至30多光年范围内。有些与星云连接在一起的疏散星团很年轻(例如昴星团),甚至有的还在形成恒星。

①昴星团

昴星团位于金牛座,在英仙和御夫两座之南,猎户座之北。座内有着名的昴星团和毕星团,以及蟹状星云,以“两星团加一星云”而闻名。金牛座α星在我国古代称毕宿五,是颗橙色的1等星,在全天亮星中排第13位。座内共有亮于4等的星28颗。金牛宫是黄道第二宫,每年4月20日前后太阳到达这一宫,那时的节气是谷雨。

②金牛座“毕宿五”与狮子座“轩辕十四”

连接猎户座γ星和毕宿五,向西北方延长一倍左右的距离,是一个着名的疏散星团-昴星团。眼力好的人可以看到这个星团中的7颗亮星,所以我国古代又称它为“七簇星”。昴星团距离地球417光年,直径达13光年。用大型望远镜观察,可发现昴星团有280多颗星。另一个疏散星团叫毕星团,距离地球143光年,是离地球最近的星团。

毕星团用肉眼可看到五六颗星,实际上大约有300颗。而在金牛座星的附近,就是着名的蟹状大星云。

第五节深空部落——星系团

1.星系家园——星系团

星系团是相互之间有一定力学联系的十几个、几十个以至成百上千个星系集聚在一起组成的星系集团。其中的每一个星系称为星系团的成员星系。目前已发现上万个星系团,最远的星系团距离银河系约70亿光年。至少有85%的星系是各种星系群或星系团的成员。比较着名的有室女座星系团、后发座星系团、武仙座星系团等。

图片说明:美国宇航局的哈勃太空望远镜拍到了一个不同寻常的大型星系,形状呈螺旋椭圆形。这个不寻常的大型星系位于南部印第安星座附近,是星座内最明亮的一个星系团,因此也被称之为“最明亮星系团”。

环绕这个星系团的光晕是一个由漫射光形成的影子似的区域,其内部拥有无数恒星,为环绕星系团核心的旋涡状尘埃带环提供了一个明亮背景。遍布整个星系的昏暗的小光点便是球状星团,星团由数10万颗恒星构成,其中包括星系内产生的首批恒星的部分成员。

小的星系团由银河系以及包括仙女星系在内的40个左右大小不等的星系组成,如本星系群。大的星系团则有上千个比较明亮的成员星系,如后发星系团。如果把一些暗星系也包括进去,星系团的总数可能上万。但像这一类范围大、星系众多的星系团是不多的。