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第一章3（第4页）

照这样持续下去，星云到过100光年处其运行速度将达每秒30万公里，这和光的速度相等。这样，所有星云的光就永远照射不到我们地球上来了。因此，100亿光年的地方将是我们所能见到的宇宙的尽头。再远处还有星云，但是由于光无法到达，我们也就无法观测了。当然这是一家之言，还有其他不同的解释。有人认为，宇宙呈气球型，它像气球一样不断膨胀，其中有些星云随之离我们远去。但到一定的时候，气球又会缩小，星云也会随之接近我们。还有的提出，宇宙是马鞍型，它如同马鞍，不断地朝着鞍的四个边缘方面扩展。按这一解释，在遥远的将来，星云将逐渐远离，夜空会变得单调寂寥。不过有人对此持不同意见，认为宇宙是永恒的。虽然它会无限地扩展，但在扩展了的空间还会产生新的星球，宇宙再怎样膨胀，还会增加新的星家族。因此，宇宙空间不会荒寂。究竟宇宙的尽头在哪里，人类目前还只能进行一些推测。

在宇宙大爆炸之后的膨胀过程中，分布不均匀的物质因引力的作用而收缩成一个个“岛屿”，这就是星系，人们将其形象地称作“宇宙岛”或“岛宇宙”。

提起宇宙岛，可追溯到意大利布鲁诺关于宇宙中恒星世界的构想。1755年，德国哲学家康德认为宇宙中有无限多的星系。这就是宇宙岛假说的渊源。天文学家通过观测，看到许多雾状的云团，便猜测可能是由很多恒星构成的，只是离得太远，人们无法一一分辨出。

英国天文学家赫歇尔首先发现许多星云可分解成恒星群，后来又发现一些星云无法分解，于是他提出了星系并非宇宙岛的观点。

到了19世纪，人们借助更大的望远镜进行更仔细的观测，特别是分光术的应用，使人们对星云的观测有了极大的进步。只是由于赫歇尔的影响，人们对宇宙岛与星云的关系仍然缺乏正确的认识。

进入20世纪，在美国引起了关于宇宙岛的争论。天文学家柯蒂斯认为字宙岛是河外星系，否则它们就是银河系的成员。另一位天文学家沙普利提出与柯蒂斯不同的观点。在20年代，他们展开激烈的争论。后来，哈勃进行了更精确的测量，证明了河外星系的存在，这样，关于宇宙岛的争论才告结束。

现在人们观测到的河外星系已达上万个，最远者距银河系达70亿光年。估计河外星系数目大得惊人，若画一个半径达20亿光年的圆球，其内含有约30亿个星系，每个星系都包含着数以干亿计的恒星。

关于宇宙中的宇宙岛从何处漂移过来的问题，目前仍有很多的争沦。关于星系起源的理论更有很多，有代表性的是引力不稳定性假说和宇宙湍流假说。前者认为，在30亿年问，星系团物质由于引力的不稳定而形成原星系，并进一步形成星系或恒星；后者认为，宇宙膨胀时形成旋涡，它可以阻止膨胀，并在旋涡处形成原星系。二者都认为星系形成了100亿年。但是两种观点都不成熟，还存在很多的问题。此外，还有一些关于星系起源的理论，也有较大影响。各学派目前都还拿不出一套能完整科学地解释宇宙岛的理论。

银河系核心之谜

古希腊人认为，人类居住的地球是宇宙中心。16世纪，哥白尼把地球降为一颗普通行星，把太阳作为宇宙中心天体。18世纪，赫歇尔认为，太阳是银河系中心。20世纪，沙普利把太阳“流放”到银河系的旋臂上，离银河系中心有几万光年之遥。

在太阳离开“银心’’之后，谁坐镇“银心”便成为天文学家关注的大问题。而且“银心’’离我们的距离并不算远，理应把它的“主人”搞清楚。然而，对“银心”观测并不容易，原因是“银心”到处充满了尘埃。这层厚厚的“面纱”，让人难以窥视其中的奥秘。

由于“银心”核球的红外线和射电波信号很强，人们推测它可能是质量极大的矮星群。1971年，英国天文学家认为，核球中心部有一个大质量的致密核，或许还是一个黑洞，其质量约为太阳质量的100万倍。如果真是一个黑洞，“银心”应有一个强大的射电源。

20世纪80年代，美国天文学家探测到以每秒200千米的速度围绕“银心”运动的气体流，它离“银心”越远，速度越慢。他们估计这是“银心”黑洞影响的结果。另一些美国天文学家也宣布探测到“银心”的射电源，这一结果说明“银心”可能是一个黑洞。

前苏联的一些天文学家则认为，证明“银心”是黑洞的证据不足。他们认为，“银心”可能是恒星的诞生地，因为其中心有大量的分子云，总质量为太阳质量的10万倍，温度为200～300K。

天文学家很关心“银心”是否为一黑洞，为此，美国天文学家海尔斯提出了一个判据，即～对质量与太阳相当盼双星从黑洞旁掠过时，其中一颗被黑}同吸进后，另一颗则以极高速度被抛射出去。经过计算，这样的机会并不大。海尔斯的判据虽不能最终解决问题，但不失为一条新思路。然而，要最终搞清楚“银心”的构成，有有许多工作要做。

宇宙“泡沫”之谜

前些年，美国哈佛一斯密森天体物理研究中心的科学家玛格特·盖勒和约翰·赫奇勒曾经宣布，他们首创的三度空间图像表明，宇宙建立在许多巨大空间的四周。这些空间看起来就像洗脸盆上的肥皂泡，而大大小小的星系就依附在“泡沫”上。有的“肥皂泡”相当大，直径达到15亿光年。

但是，这些“肥皂泡”是怎样产生的?构成星系的物质是如何空出这么巨大的区域来的?诸如此类的问题，在科学界引起激烈争论。有人认为，是大爆炸将物质从空间中心推向四周，从而形成“泡状”。这种说法存在着很大问题，因为它无法解释物质怎么能跑完这么长的路程，形成这么巨大的空问。

最近，有人又发现了横跨天穹的一个狭长星系。这个星系长约5亿光年，宽约2亿光年，厚约1500光年。这是天文学家迄今为止发现的最庞大的宇宙结构。美国《科学》杂志详细报道了这一发现，并将其命名为“长城”。

这道肉眼看不见的呈曲线形的“长城”，离地球大约2亿～3亿光年。由于距离遥远，它在一般的天文摄影照片上显示不出来。

在这一新发现之前，宇宙中最大的发光结构被认为是银河系超星系团。“长城”的发现，又增加了问题的神秘性，在太空中很可能还有更巨大的结构体在等待人们去发现。

如果知道星系的距离r，再实际测量出河外星系的角半径α，那么利用三角学算式d=rsinα，就可计算出星系的真半径d。这种方法的原理虽然简单，但实际测定星系的角半径并不容易。由于星系的亮度从中心向外逐渐减小，其边缘很难和星空背景分开，因此确定星系边界并不容易。尽管这样，天文学家还是想出一些办法测定出了河外星系的大小。结果发现，星系之间大小相差很悬殊，最大的椭圆星系的直径达100千秒差距，即超过30万光年。在量度星系级天体的距离和大小时，天文学家经常使用千秒差距作单位。秒差距是天文学中量度恒星距离的一种单位，1秒差距等于3．26光年，1千秒差距等于3260光年。最小星系的直径在0．1～1千秒差距之间，较小的星系一般都是椭圆星系。旋涡星系一般在5—50千秒差距的范围内。不规则星系的直径较小，在5～20千秒差距范围内。应该说明，在星系外围还存在由中注氢原子组成的物质，叫做星系晕，星系晕的直径通常为星系直径的1．5～2倍大。

现在已知最大的星系是射电星系3C236，它的两个射电瓣两端相距可达6兆秒差距以上。

星系的光度和质量有多大

星系的光度指星系每秒钟辐射的总能量，质量则表示星系包含的特质总和。

星系的大小相差悬殊，星系的质量和光度也彼此各异。旋涡星系的质量为109～10“太阳质量，即太阳质量的10亿～1000亿倍。不规则星系的质量比旋涡星系的质量普遍要小一些，至于椭圆星系，有的很大，比旋涡星系的质量要大lOO～10000倍，称为巨椭圆星系；有的椭圆星系质量较小，只有太阳质量的百万倍，称为矮椭圆星系。

星系的质量是怎样测定的呢?测定星系质量的方法有两种，一种是根据星系自转速度，另一种是利用双重星系。由观测得出距离星系中心为R处的自转速度，可计算出各个R处单位质量所受的向心力，它与半径为R的轨道内的质量产生的引力相等，分析不同R处的向心力的大小即可求出星系的质量。对于双重星系，可用类似于测定双星质量的方法，根据星系的视向速度和分开的距离求出质量。

已知星系的距离和星系的视星等（视亮度），利用光度、视亮度和距离的关系式可以求出星系的光度（绝对星等）。不同类型的星系，其光度的差别非常大。旋涡星系的光度在108～10{10}太阳光度之间，用绝对星等表示为-15等至-21等；椭圆星系的光度彼此相差很大，矮椭圆星系的光度为10{11}太阳光度，绝对星等为一9等，巨椭圆星系的光度为107太阳光度，绝对星等为～23等；不规则星系的光度介于107太阳光度和2×109太阳光度之间，绝对星等为-13等至-18等。

距离银河系最近的星系是1994年发现的一个暗弱的矮椭圆星系，它位于人马座中，距离我们地球约8万光年，实际上它与银河系中心的距离大约5万光年。只及大麦云距离的1／3。这个矮星系的大小约1万光年，是正常的矮星系直径的10倍。

最远的星系是位于室女座中的一个无名星系，它是1996年发现的，距离在80亿至120亿光年之问，天文学家们认为这一星系是非常年轻的，年龄可能只有1亿年，它正以每年30个太阳质量的速率将气体转化为恒星。顺便指出，现在已知宇宙中最遥远的天体是类星体PCI247+3406，距离为80亿至150亿光年。这样遥远的距离意味着我们今天所看到的类星体还是它80亿至150亿年前的样子。

发出强射电的星系——射电星系

从40年代以来，射电天文学家发现了许多非常强的射电源，起初是用射电源所在星座名加一个大写拉丁字母来表示，如几个最强的射电源叫天鹅座A、半人马座A、室女座A等等。后来用射电源星表的简称加序号来命名：如3C273，即英国剑桥大学所编第三射电源表第273号射电源。1954年后，由于测定射电源的位置和大小的精度的提高，发现很多强射电源的中心有一个光学星系，根据这些星系的谱线红移，利用哈勃定律求出了星系的距离，因而得出这些星系的射电能量为银河系射电的103至107倍，达到10{34}至10{38}。焦耳／秒。以10{34}焦耳／秒为界，射电辐射功率超过这个数值的星系称为射电星系。大多数射电星系是光度为银河系的1～10倍的椭圆星系和巨椭圆星系。旋涡星系和不规则星系没有强射电辐射。

射电源天鹅座A是第一个被发现的射电星系，1954年证认出它是一个亮度为16等的星系。它是最强的河外射电源，射电功率达10{38}秒焦耳／秒，比银河系的射电辐射功率强几百万倍。肉眼能见的最远天体——仙女座星系M31

M31（NGC224）位于仙女座中，它是人类用肉眼能看到的最远的天体，也是最早被确认为河外星系的天体。M31看起来像是个暗淡的斑点，目视星等为4．3等。

根据现在的测定，仙女座M31星系的距离为680千秒差距（合220万光年），本身直径为52千秒差距（合17万光年）。质量约为4×10{11}太阳质量。无论从大小还是质量来看，M31都略大于我们的银河系。

从M31的照片上可以看见其中心部分是明亮的星系核，四周是扁盘和旋涡臂，它的形状和结构与银河系非常相像。它是Sb型旋涡星系。星系核呈椭圆形，长轴为8秒差距，短轴为5秒差距，表面亮度比星系其余部分亮得多。在M31内已发现了300多个球状星团，400多个疏散星团、300多个行星状星云、1000多个电离氢区以及许多变星和x射线源。从M3l的照片上还可以看到它有两个伴星系紧挨着M31边缘的M32（NGC221）以及另一个稍远的M110（NGC205），它们都是椭圆星系。Mll0的直径为1．4万光年，M32的直径为7000光年。质量分别为8×109和2×109太阳质量。实际上，M3l有7个伴星系：除M32和M110外，还有NGGcl85，以及仙女Ⅰ、仙女Ⅱ、仙女Ⅲ。后三个均为椭圆星系，其直径只有几百秒差距。