概述
距地球848光年的年輕恆星系星系的演化
恆星系隨著暴漲的轉瞬即逝,宇宙又回復到如今日所見的那樣通常的膨脹速率。在宇宙誕生後的第一秒鐘,隨著宇宙的持續膨脹冷卻,在能量較為“稠密”的區域,大量質子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。一百秒後,質子和中子開始結合成氦原子核。在不到兩分鐘的時間內,構成自然界的所有原子的成分就都產生出來了。大約再經過三十萬年,宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的雲。不久,星系就在其中形成了。
恆星系同時,原星系由於氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星系的質量變得越大,它們吸引的氣體也就越多。一個個雲團各自的運動加上它們之間的相互作用,最終使得原星系開始緩慢自轉。這些雲團在引力的作用下進一步坍縮,一些自轉較快的雲團形成了盤狀;其餘的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質後,便在其中開始形成恆星。這時的宇宙面貌與今天便已經差不多了。星系成群地聚集在一起,就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體雲中,這樣的星系團和星系際氣體伸展成纖維狀的結構,長度可以達到數億光年。如此大尺度的星系的群集在廣闊的空間呈現為球形。
星系的分類
距太陽最近恆星系橢圓星系:橢圓星系分為七種類型,按星系橢圓的扁率從小到大分別用E0-E7表示,最大值7是任意確定的。該分類法只限於從地球上所見的星系外形,原因是很難確定橢圓星系在空間中的角度。鏇渦星系分為兩族,一族是中央有棒狀結構的棒鏇星系,用SB表示;另一種是無棒狀結構的鏇渦星系,用S表示。這兩類星系又分別被細分為三個次型,分別用下標a、b、c表示星系核的大小和鏇臂纏繞的鬆緊程度。不規則星系沒有一定的形狀,而且含有更多的塵埃和氣體,用Irr表示。另有一類用S0表示的透鏡型星系,表示介於橢圓星系和鏇渦星系之間的過渡階段的星系。
鏇渦星系:外形呈鏇渦結構,有明顯的核心,核心呈透鏡形,核心球外是一個薄薄的圓盤,有幾條鏇臂,在鏇渦星系中有一類的核心不是球形,而是棒狀,鏇臂從棒的兩端生出,稱為棒鏇星系。鏇渦星系的代號為S型,棒鏇星系的記為SB型。鏇渦星系也好,棒鏇星系也好一般都在S或SB後面另加a、b、c等英文字母,用來表示鏇臂的出鬆緊程度,a表示最緊,c表示最松。
黃色雙恆星系宇宙中的大部分大星系都是鏇渦星系,其次是橢圓星系,不規則星系占的比較最小。鏇渦星系自轉得比較快,其盤面中含有大量塵埃和氣體,這些物質聚集成能供恆星形成的區域。這些區域發育出含有許多藍星的鏇臂,所以盤面的顏色看上去偏藍。而在其棒狀結構和中央核球上稠密地分布著許多年老的恆星。與鏇渦星系相比,橢圓星系自轉得非常慢,其結構是均勻而對稱的,沒有鏇臂,塵埃和氣體也極少。造成這種局面的原因是早在數十億年前恆星迅速形成時就已經將橢圓星系中的所有塵埃和氣體消耗完了。其結果是造成這些星系中無法誕生新的恆星,因此橢圓星系中包含的全都是老年恆星。
銀河系
恆星系銀河系是一個中型恆星系,它的銀盤直徑約為十二萬光年。它的銀盤內含有大量的星際塵埃和氣體雲,聚集成了顏色偏紅的恆星形成區域,從而不斷地給星系的鏇臂補充熾熱的年輕藍星,組成了許多疏散星團或稱銀河星團。已知的這類疏散星團約有一千兩百多個。銀盤四周包圍著很大的銀暈,銀暈中散布著恆星和主要由老年恆星組成的球狀星團。
河外星系
它們是與銀河系類似的天體系統,距離都超出了銀河系的範圍,因此稱它們為“河外星系”。仙女座星系就是位於仙女座的一個河外星系。河外星系與銀河系一樣,也是由大量的恆星、星團、星雲和星際物質組成。目前我們觀測到的星系有10億個之多.
宇宙的誕生
恆星系宇宙原始大爆炸後0.01秒,宇宙的溫度大約為1000億度。物質存在的主要形式是電子、光子、中微子。以後,物質迅速擴散,溫度迅速降低。大爆炸後1秒鐘,下降到100億度。大爆炸後14秒,溫度約30億度。35秒後,為3億度,化學元素開始形成。溫度不斷下降,原子不斷形成。宇宙間瀰漫著氣體雲。他們在引力的作用下,形成恆星系統,恆星系統又經過漫長的演化,成為今天的宇宙。
恆星系物質現象的總和。廣義上指無限多樣、永恆發展的物質世界,狹義上指一定時代觀測所及的最大天體系統。後者往往稱作可觀測宇宙、我們的宇宙,現在相當於天文學中的“總星系”。2003年2月份,美國國家航空航天局曾向全世界公布他們有關宇宙年齡的研究成果。根據其公布的資料顯示,宇宙年齡應該為137億歲。2003年11月份,國際天體物理學研究小組宣稱,宇宙的確切年齡應該是141億歲。地球的形成大約是距今45億年。
詞源考察在中國古籍中最早使用宇宙這個詞的是《莊子·齊物論》。“宇”的含義包括各個方向,如東西南北的一切地點。“宙”包括過去、現在、白天、黑夜,即一切不同的具體時間。戰國末期的尸佼說:“四方上下曰宇,往古來今曰宙。”“宇”指空間,“宙”指時間,“宇宙”就是時間和空間的統一。後來“宇宙”一詞便被用來指整個客觀實在世界。與宇宙相當的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但這些概念僅指宇宙的空間方面。《管子》的“宙合”一詞,“宙”指時間,“合”(即“六合”)指空間,與“宇宙”概念最接近。
恆星系宇宙觀念的發展宇宙結構觀念的發展遠古時代,人們對宇宙結構的認識處於十分幼稚的狀態,他們通常按照自己的生活環境對宇宙的構造作了幼稚的推測。在中國西周時期,生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為,天穹像一口鍋,倒扣在平坦的大地上;後來又發展為後期蓋天說,認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環繞,而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想像成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河。古印度人想像圓盤形的大地負在幾隻大象上,而象則站在巨大的龜背上,公元前7世紀末,古希臘的泰勒斯認為,大地是浮在水面上的巨大圓盤,上面籠罩著拱形的天穹。
恆星系或稱星系,是宇宙中龐大的星星的“島嶼”,它也是宇宙中最大、最美麗的天體系統之一。到目前為止,人們已在宇宙觀測到了約一千億個星系。它們中有的離我們較近,可以清楚地觀測到它們的結構;有的非常遙遠,目前所知最遠的恆星系離我們有近兩百億光年。
恆星係數量
恆星系塵埃行星廣布
生命並不是行星間共有的,而是行星形成時自然而然產生的。1995年,在環繞佩加西—51號星的軌道上發現了一個巨大星體,之後又發現了24顆圍繞不同恆星運轉的大行星,其中有些比木星還大幾倍。近些年來,已有12個潛在的行星系被找到。它們的存在說明行星在宇宙間並不稀有。“哈勃”望遠鏡對獵戶座星雲的觀測結果有力地支持了以上理論。從獵戶座的星雲圖上,可以看到圓盤狀的塵埃雲環繞著年輕的恆星。可以肯定地說,在這孕育行星的搖藍中,新行星的形成正如火如荼。
生命要素
目前,人類已經掌握了許多行星系的豐富資料,因而可以構想,在已知的行星中,一定會有體積大小與地球相似的行星存在。但是,這些行星是否擁有“生命要素”呢?正如我們所知,生命要存在,就要有形成生命以及維持生命所必需的化合物,而且還得有特定的環境使它們可以組合,從而為生命起源奠定基礎。起初,在宇宙間只存在氫和氦。形成生命所必需的化合物中的重元素,如碳、氮、磷、氧以及硫都是在恆星不斷產生和毀滅的循環中產生的。這一循環或許以百萬到10億年為一個周期。只有經歷若干代恆星的生死循環之後,才有可能形成擁有生命的行星。
環顧銀河系和整個宇宙,可以發現生命所需的各種元素最初是均勻分布的,已知星體內到處不停地發生著複雜的有機化學反應。由雙原子形成的化合物多種多樣,隨著分子中原子種類的不斷增加,碳、氫、氧及氮形成的化合物在有機化合物中逐漸占據了支配地位,以致在所有原子種類大於或等於7的化合物中不再有其他元素存在。結構更加複雜的含碳化合物包括從胺基酸(如甘氨酸)到多環芳香族碳氫化合物這類耐高溫、耐腐蝕的複雜化合物。在早期的地球上,留有慧星、小行星與它猛烈碰撞產生的痕跡。
恆星系有機化合物具有光學異構體,這種構型被稱為左鏇和右鏇。偏手性表示只有左鏇或只有右鏇構型的現象。生命的核心秘密之一在於組成它的化學物質具有偏手性,產生具有立體結構特異性的有機分子是地球生命的特徵。左鏇的胺基酸分子和右鏇的糖分子是生命物質的基礎。在科學界中,對於這種生命特性的起源仍未有定論。偏手性是在生命起源時就存在抑或是由進化選擇而來的呢?多年來對隕石的研究表明,它們富有多種有機化合物,這對於探索地球生命起源具有重要意義。兩位科學家對一塊莫企遜隕石的胺基酸進行了左鏇與右鏇的比例測定,發現左鏇胺基酸分子偏多。一般來說,通常的測定結果可能受地球上的污染物影響,但這次測定的是來自地球以外、未被地球生命利用過的胺基酸。這表明當地球形成時,在它臨近區域內的有機化合物中已存在著左鏇構型多於右鏇構型的現象,以後在地球上,胺基酸分子慢慢演變為只有左鏇構型。
生命易乎?
在地球上,生命的形成是非常迅速的。地球形成後的激烈震盪大約在39億年前才結束。只有當這種震盪減弱之後,地球上才有可能形成海洋,並一直保有它。4億年過去後,地球上出現了微生物群落。化學家們認為,構成生命所必需的複雜化合物是如此穩定,在幾千萬年內形成生命一定不是難事。當你抬頭欣賞夜晚的天空時,你所看到的星星距離地球大多在80光年以內。大多數恆星燃燒得太亮或是運行得太快,使得液態水無法在它的行星表面長期存在。除去那些即生即滅的恆星,在80光年半徑內還有近1000顆穩定的星體,如果在類似地球的星體上存在生命的可能性達到1/1000,那么我們就一定會有“芳鄰”。讓我們努力去尋找並拜訪他們的家園吧!
