星座和星系的起源是什么

星座和星系的起源是什么

宇宙之起源 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。《淮南子·原道训》 注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？ “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。 关于宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。 直到20世纪，出现了两种“宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论，一是大爆炸理论。20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。20世纪60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。现在，大爆炸理论广泛地为人们所接受。 大爆炸理论 现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化历程。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实： （1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 （2）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。 （3）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。 （4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。 大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120～150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。 目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。 宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？ 人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的，在宇宙范围，时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢？ 1929年，美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。 宇宙中星系间距离非常非常遥远，光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱，那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大，能量辐射就强，因此我们观察到的红移量极大的星系，当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系（除极少数距银河系很近的星系，如大、小麦哲伦星系外）则很难观察到，于是我们现在看到的星系大多呈红移。而银河系内的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的红移紫移数量大致相等。 导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的，不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此，从地球看到的紫移星系范围很窄，数量极少，只能是与银河系同一方向运动的，前方比银河系小的星系；后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。 宇宙中的物质分布出现不平衡时，局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化，但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分（不是全部）可见星系与地球之间距离的远近变化，不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。 1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。 1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的，3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用，在大尺度空间整体分布的相对均匀性和星际空间里确实存在大量我们目前还观测不到的“暗物质”。2014-07-20

星系 当遥望星空时，横贯天际、蔚为壮观的银河总能让人们欣然神往，思绪万千。仔细观察的话，我们也能看出银河实际上是由许许多多颗星星所组成的。在天文学中，我们把这种由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。我们的太阳就是银河系中普通的一颗恒星。 银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。 星系在早期曾被归到星云中，直到1924年，在准确测定了仙女座星云（现应严格称为“仙女座河外星系”）的距离后，星系的存在才正式确立。 星系的形状是多种多样的。我们可以粗略地划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种来。星系在太空中的分布也并不是均匀的，往往聚集成团。少的三两成群，多的则可能好几百个聚在一起。人们又把这种集团叫做“星系团”。星系和它内部的恒星都在运动中。我们都知道地球绕着太阳旋转，同时太阳也在绕银河系的中心运动，而同时银河系作为一个整体，本身也在运动着。在星系内部，恒星运动的方式有两种：它一面绕着星系的核心旋转，与此同时还在一定的范围内随机地运动（科学家称之为“弥散运动”）。 星系的起源和演化，与宇宙诞生早期的演化密切相关。一般看法认为：当宇宙从猛烈的爆发中产生时，大量的物质被抛射到空间中。形成宇宙中的“气体云”。这些气体云本身处在平衡之中，但是在某种作用下，平衡被打破了，物质聚集在一起，质量高达今天太阳质量的上千亿倍！这些物质团后来在运动中分裂开，并最终形成无数颗恒星。这样，原始的星系就形成了。一般认为星系形成的时期在一百亿年前左右。而关于星系的演化，历史上一度曾把星系形态的序列当成演化的序列，即认为星系从椭圆形开始，再逐渐发展成透镜型、漩涡型、棒旋型，最后变成不规则型。这种观点今天已基本上被推翻。目前的看法认为这一过程与恒星形成的力学机理相关，但也仍然停留在假说的阶段。 星云 星云 (Nebula) 包含了除行星和彗星外的几乎所有延展型天体。星云 (Nebula) 英语词根的原意为“云”。我们有时将星系、各种星团及宇宙空间中各种类型的尘埃和气体都称为星云。当我们提到宇宙空间时，我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实，这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的，但远不是真正的“真空”，而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等，人们把它们叫做“星际物质”。 星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧化物等。 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。人们形象地把它们叫做“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。 弥漫星云正如它的名称一样，没有明显的边界，常常呈不规则形状。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（事实上这比实验室里得到的真空要低得多）。它们主要分布在银道面（HOTKEY）附近。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。 行星状星云的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。恒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。比较著名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。下面列几种星云1.暗星云 明亮的弥漫星云之所以明亮，是因为有一颗或几颗亮星的照耀。如果气体尘埃星云附近没有亮星，则星云将是黑暗的，即为暗星云。暗星云由于它既不发光，也没有光供它反射，但是将吸收和散射来自它后面的光线，因此可以在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下发现。2.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牛星座中的蟹状星云。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，但因为中子星体积非常小，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。3.弥漫星云 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青恒星。弥漫星云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。4.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。这类星云与弥漫星云在性质上完全不同，它们是如太阳差不多质量的恒星演化到晚期，核反应停止后，走向死亡时的产物。这类星云的体积在膨胀之中，最后趋于消散。在行星状星云的中央，都有一颗高温恒星，称为行星状星云的中央星。这是正在演化成白矮星的恒星。星云 星云是由宇宙中的尘埃及气体所形成的，其主要成分是氢气。简单来说，可分为四类：发射星云、反射星云、暗黑星云及行星状星云。 发射星云 发射星云是受到附近炽热光量的恒星激发而发光的，这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气（Hii regions），令到它们发光。在天空中有很多为人熟悉的发射星云，如M42猎户座大星云，其目视星等为4等，肉眼可见。它距离我们1600光年，而直径为30光年。利用小口径望远镜已能轻易观测得到气状的情况以及位於其中心部分的四合星（利用大口径望远镜可看到六颗），这四合星是在猎户座大星云中心形成的。 反射星云 反射星云与呈红色的发射星云不同，反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的，呈蓝色。反射星云的光度较暗弱，较容易观测到的例子是围绕著金牛座M45七姊妹星团的反射星云，在透明度高及无月的晚上，利用望远镜便可看到整个星团是被淡蓝色的星云包裹著的。 暗黑星云 暗黑星云本身不会发光，亦没有恒星包含其中，而它能够被发现是由於它遮挡了背景的星云或恒星的光线，从而给我们看到的。著名的几个暗黑星云如南天的煤袋星云和北天猎户座里的马头星云（B33）。马头星云更被业余的天文同好视为目视深空天体观测之终极。本港观测过马头星云的天文同好不超过十人，原因是要看到它，非要借助大口径望远镜不可。 行星状星云 与先前提及的三类星云不同，行星状星云是恒星晚年时的产物。透过望远镜观测，大部分行星状星云呈像行星般的圆盘状，实则与行星没有任何关系。 当一颗低质量恒星步入晚年时便会膨胀成红巨星，而当膨胀至某一程度，便会再次向内塌缩，在这过程之中，部分物质会继续向外膨胀，形成气壳（即我们所说的行星状星云），而中心则会形成白矮星。普遍行星状星云的「生命」是十分短暂的，通常这些气壳会在数万年之内便会逐渐消失。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，如位於狐狸座的M27哑铃星云及英仙座中M76小哑铃星云等。 银河 银河是一个星系，它比普通的星系稍微大一些，直径大约为十万光年。银河系中至少有2000亿颗星。其中，大约400亿颗星集中在中央的核球(Bulge)上，四周缠绕着四只旋臂，由气体和尘埃物质混杂的区域。核球的直径为3000光年，呈椭球形，由年龄超过100亿年的老年星球构成。银河系的历史已经有150亿光年。 银河系的外形象一个中间厚，边缘薄的扁平盘状体。圆盘部分称为银盘(Disk)，银盘的直径为10万光年，由年龄不满100亿年且重金属含量较高的星球组成。银河系的主要物质都密集在这个盘状结构里。银盘是银河系的主体，其直径约8万光年，中央厚约1万光年，边缘厚约3000～6000光年。 银盘外是由稀疏的恒星和星际物质组成一个球状体，包围着银盘，这个球状体称为银晕(Halo)，银晕的直径约10万光年。银晕的外侧没有任何能用可见光看到的天体，因此被称为暗晕。 银河系的总质量相当于1400亿个太阳的质量，其中恒星的质量约占总质量的90%，星际物质约占10%。太阳系位于银河系的一只旋臂上，距离银河系的中心大约26,000光年 参考资料：百度百科2014-07-21