宇宙_集宇宙

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银河系

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。

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。

星云和星际物质

银河系中的气体尘埃密集而形成的云雾天体，称为星云。银河系中的星云物质，就形态来说，可以分为弥漫星云、行星状星云和超新星剩余物质云；就发光性质来说，可分为发射星云、反射星云和暗星云。

弥漫星云

从外形上看，弥漫星云没有明显的边界，平均直径为几十光年，常常呈不规则形状。平均密度在每立方厘米10～100原子。弥漫星云的总质量有大有小，小的只有数10个太阳质量，而大的可到几十万个太阳质量，它们主要分布在银河系内的银道面附近。

行星状星云

行星状星云与弥漫星云不同，它们呈现出边缘清晰的小圆面，在用分辨率不高的望远镜中看起来，类似于大行星的形状。在行星状星云的中央有一颗很亮的恒星，恒星周围的环不断向外膨胀扩张。行星状星云象征着一颗恒星到了晚年。

目前已发现1300多个行星状星云。它们的质量一般在0.1～1个太阳质量之间。环状星云是有名的行星状星云，它的中心星是一颗接近演化终点的白矮星，温度有十万度，而且密度非常高。

星 等 天文学家们把恒星的明暗分成许多等级，我们称之为星等。星等是衡量天体相对亮度的数值。

它是天体光度学的重要内容。星越亮，星等数值越小。星越暗，星等数值越大。

早在公元前2世纪，古希腊天文学家伊巴谷就提出了星等的概念。为了清楚地反映出恒星的亮度，他将恒星按照明暗程度分成六个等级。这种划分方法一直沿用到了今天，奠定了“星等”概念的基础。

到了19世纪中叶，英国天文学家普森又提出了衡量天体亮度的单位。一个星等规定为亮度比的2.512倍，因此星等相差5等亮度便差100倍，由于星等范围太小，又引入了负星等，来衡量极亮的天体。我们把比一等星还亮的定为零等星，比零等星还亮的定为-1等星，依此类推。

同时，星等也可用小数表示。比如，太阳的亮度为-26.7等星，满月为-12.7等星，天狼星为-1.46等星。由于是地球上的观测者肉眼所见的天体的亮度，因此也称之为视星等。

在晴朗而又没有月亮的夜晚，展现在我们面前的夜空中，肉眼能直接看到的恒星约 3000颗，整个天球能被肉眼直接看到的恒星约6000颗。

星 座

人们为了便于认识恒星，把天球分成若干区域，这些区域称为星座。

中国古代把沿黄道和赤道的天区分成大小不等的二十八个小区，称为宿。宿就是住地的意思。相连的七宿合称一象，共四象。它们是苍龙：角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿；玄武（龟和蛇）：斗、牛、女、虚、危、室、壁七宿；白虎：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参七宿；朱雀：井、鬼、柳、星、张、翼、轸七宿。

二十八宿以外的星区又被划分为三垣，即：紫微垣、太微垣和天市垣。垣，即墙，意思是以墙围起的星区。紫微垣包括北天极附近的星区，太微垣大致包括室女星座、后发星座和狮子星座，天市垣包括蛇夫、武仙、巨蛇、天鹰等星座。

1928年，国际天文学联合会决定，将全天划分成88个星区。在这88个星座中，沿黄道天区有12个星座。它们是白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座、双鱼座。

北天有29个星座。它们是小熊座、大熊座、天龙座、天琴座、天鹰座、天鹅座、武仙座、海豚座、天箭座、人马座、狐狸座、飞马座、蝎虎座、北冕座、巨蛇座、小狮座、猎犬座、后发座、牧夫座、天猫座、御夫座、小犬座、三角座、仙王座、仙后座、仙女座、英仙座、猎户座、鹿豹座。

南天有47个星座。它们是唧筒座、天燕座、天坛座、雕具座、大犬座、船底座、半人马座、鲸鱼座、蝘蜓座、圆规座、天鸽座、南冕座、乌鸦座、巨爵座、南十字座、剑鱼座、波江座、天炉座、天鹤座、时钟座、长蛇座、水蛇座、印第安座、天兔座、豺狼座、山案座、显微镜座、麒麟座、苍蝇座、矩尺座、南极座、蛇夫座、孔雀座、凤凰座、绘架座、南鱼座、船尾座、罗盘座、网罟座、玉夫座、盾牌座、六分仪座、望远镜座、南三角座、杜鹃座、船帆座、飞鱼座。

这88个星座大小不一，形态各异。范围最大的是长蛇座，它东西跨过102°，是名副其实的“长蛇阵”。范围最小的星座是南天极附近的南十字星座。四季星空

寒来暑往，斗转星移。这说明随着一年四季的变更，星空也在变化。由于地球在绕太阳运动过程中，地球和太阳的相对位置不断变化，因此，季节不同，看到的星象是不一样的。现在我们以北京（北纬40度）为例，看看一年四季星空的变化。

春季星空

每年3～5月为春季，以4月中旬晚上八九点钟看到的星空为例。这时你会看到北斗七星斗柄指向东方。

北斗七星南方的是狮子座。它的头部朝西，由几颗较亮的星组成弯弯镰刀形，其中最亮的星叫轩辕十四，它发出青白色的光芒，是1等星，它位于黄道上。狮子的尾巴在东，主要由三颗星组成一个三角形。

狮子座的西边是巨蟹座，它的图形被想象成一只大螃蟹。在这个星座中可以用眼睛直接看到一个朦胧的光斑，叫蜂巢星团。

在狮子星座的左下方是室女星座。室女座中最亮的恒星叫角宿一。巨蟹座、狮子座和室女座都是黄道星座。在轩辕十四和角宿一之间，是黄道和大赤道的交点之一 ——秋分点，每年9月23日前后，看起来太阳在黄道上运动，正经过这个天区。

在室女座的下面是由四颗星组成一个略为偏离梯形的四边形，它属乌鸦座。乌鸦座下面是横贯东西的长蛇座。

从北斗七星的斗柄自然延伸出去，我们会看到一颗亮星，它就是牧夫座里的亮星——大角星。大角星是零等星，也是北半天球最亮的恒星。

在狮子座和牧夫座之间是后发座，这个星座不大，也没什么亮星，但是这个小星座名气很大：一是北银极就在这个星座里，二是这个星区包含许多星系级的天体系统，如后发星系团。只有通过天文望远镜才能揭示它们的秘密。

环球空星

在地球上不同纬度，见到的星空景象也不是完全一样的。在北京（北纬40度）

北极星离地平的高度约40度。北方天空永不落下的星座有：小熊座、大熊座、天龙座、仙后座、仙王座、英仙座、鹿豹座和天猫座等；南天极附近约有23个星座在北京永远看不到或只能看到一部分；其它星座在北京均可看到且有升有落。这些星座在天球上东升西落的视运动路线与地平的交角约50度。

在北极极点（北纬90度）

这时北极星离地平的高度为90度。地球上的最北点就在你的脚下，你面前的任何方向都是南方。天空只是从左往右旋转，北半天球的星星都在地面以上，永不落下。南半天球的星星都在地平以下，永不升起。太阳从每年3月21日升出北极地平，一直到9月23日，太阳才落下地平，半年都是白天；9月23日至第二年的3月21日，太阳永不升起，半年都是黑夜。这就是极昼极夜现象。在赤道（纬度0度）

北极星离地平的高度为0度。这时北极星正落在北方地平线上。星星和太阳都是垂直于地平升起和落下。在这里你可以在一年里看到整个天球上的恒星，88个星座都可以看到。所有的星星都有升有落。猎户座“三星”差不多从正东升起，经过头顶天空，从正西落下。真是“三星高照”了。在南极点（南纬90度）

从赤道往南一走，北极星就看不到了。到了南极点，你的脚下就是地球上的最南点。你面前所有的方向都是北方，东西方向失去意义。这时和你在北极点看到的星空正好相反。这里只看到南半天球的星星。星空从右往左旋转，在地平以上的星星永不下落，北半天球的星星则永不升起。在这里，壮观的南十字星座分外引人注目。南天极的位置没有南极星。同样，在南极也有极昼极夜的景象。它与北极的时间正相反。也就是说，南极的极昼是从9月23日开始，到第二年3月21日结束。极夜是从3月21日至9月23日。

北斗星与北极星

北极星是小熊星座中最亮的一颗恒星，也叫小熊座α星。从图形上看，北极星位于小熊的尾巴尖端，亮度属于二等星。它距离我们300多光年，中国古代称之为“勾陈一”或“北辰”。目前它最靠近地球北极指向的天空。

由于地球自转轴是在周期性的缓慢摆动，因此小熊星座α星也不是一直享受北极星的尊称。4800年前，北极星不是现在小熊座α星，而是天龙座α星。直到公元1000年，地球北极指向的天空离现在北极——小熊座α星的角距还有6度。

预计，公元2100年前后，小熊座α星将最接近于地球自转轴北极指向的天空。之后，北极星的位置将逐渐远离小熊座α星。公元4000年前后，仙王座γ星将成为新一任北极星。公元14000年前后，天琴座α星——织女星将接掌北极星的位置。地球自转轴这样摆动一周的时间大约是26000年。

北斗七星属大熊星座的一部分，从图形上看，北斗七星位于大熊的背部和尾巴。这七颗星中有6颗是2等星，一颗是3等星。通过斗口的两颗星连线，朝斗口方向延长约5倍远，就找到了北极星。

宇宙间一切物体都在运动和变化之中，恒星也不例外，因此北斗七星组成的图形也在变化之中。这七颗星与地球的距离不等，在70～130光年之间。它们各自运行的速度和方向也不一样。天文学家们已经算出，10万年前看到的北斗七星组成的图形和10万年后将要看到的图形，都和今日大不一样。

沙普利-柯蒂斯大辩论

早在18世纪，人们在夜晚的天空中发现了模糊的延伸天体，最初称为星云(Nebulae)。旋涡星云成为最早的研究对象。托马斯·赖特和康德曾经提出，旋涡星云可能是如我们银河系一样的恒星系统，旋涡星云是银河系之外的恒星系统，这一思想就是著名的“岛宇宙假说”。

1918年，沙普利（Shapley）利用球状星团作为银河系边界标志对银河系结构和尺度的研究作出了重大贡献，但他得出的银河系尺度被夸大了。他一直反对“岛宇宙”的思想，认为这些旋涡星云应该是银河系内部的气体星云。

以柯蒂斯（Curtis）为代表的另外一些天文学家不同意沙普利的看法。柯蒂斯认为，旋涡星云的名称不恰当。在此类星云中观测到的新星证明：它们实际上是恒星系统而不是星云。他假设旋涡星云中的新星亮度极大时的绝对星等与银河系中的一样，比较亮度极大时的视星等便可定出这些旋涡星云的距离，结果表明，这些星云远远超出银河系的范围。

为了解决这一矛盾，1920年4月，美国科学院在华盛顿召开了“宇宙的尺度”辩论会，会上他们两人就银河系的大小和旋涡星云的真相展开了论战，这就是天文学史上有名的沙普利--柯蒂斯大论争。这场争论今天看起来仍然极具启发意义。

1923年，天文学家哈勃(Edwin Hubble)在星云M31中证认出造父变星，由这些造父变星定出M31的距离远比沙普利建议的银河系尺度大得多，所以M31是另一个类似我们银河系的星系。到了本世纪三十年代，被发现的星系越来越多，这充分表明：我们的宇宙是由许多星系构成的，“旋涡星云”确实是类似银河系的星系。

膨胀宇宙--哈勃定律

早在1912年，施里弗(Slipher)就得到了“星云”的光谱，结果表明许多光谱都具有多普勒(Doppler)红移，这些“星云”在朝远离我们的方向运动。随后人们知道，这些“星云”实际上是类似银河系一样的星系。

1929年哈勃(Edwin Hubble)对河外星系的视向速度与距离的关系进行了研究。当时只有46个河外星系的视向速度可以利用，而其中仅有24个有推算出的距离，哈勃得出了视向速度与距离之间大致的线性正比关系。现代精确观测已证实这种线性正比关系

v = H0×d

其中v为退行速度，d为星系距离，H0为比例常数，称为哈勃常数。这就是著名的哈勃定律。

哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的。这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。