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              宇宙及其組成和結構

              "宇宙是有限的還是無限的?有沒有中心有沒有邊?有沒有生老病死有沒有年齡?"這些恐怕是自從有人類的活動以來一直被關心的問題。為了有一個更清楚的答案,讓我們先來看看它的組成和結構吧。宇宙中的天體絢麗多彩,表現出了極高的層次性。

              (1) 行星

              我們居住的地球是太陽系的一顆大行星。太陽系一共有九顆大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了大行星以外,還有60多顆衛星、為數眾多的小行星、難以計數的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的,是人們了解的較多的天體。那么,除了這些以外,茫茫宇宙空間還有一些什么呢?

              (2) 恒星和星云

              晴夜,我們用肉眼可以看到許多閃閃發光的星星,他們絕大多數是恒星,恒星就是象太陽一樣本身能發光發熱的星球。我們銀河系內就有1000多億顆恒星。恒星常常愛好"群居",有許多是"成雙成對"地緊密靠在一起的,按照一定的規律互相繞轉著,這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恒星聚在一起,稱為聚星。如果是十顆以上,甚至成千上萬顆星聚在一起,形成一團星,這就是星團。銀河系里就發現1000多個這樣的星團。

              在恒星世界中還有一些亮度會發生變化的星-變星。它們有的變化很有規律,有的沒有什么規律,F在已發現了2萬多顆變星。有時侯天空中會突然出現一顆很亮的星,在兩三天內會突然變亮幾萬倍甚至幾百萬倍,我們稱它們為新星。還有一種亮度增加得更厲害的恒星,會突然變亮幾千萬倍甚至幾億倍,這就是超新星。

              除了恒星之外,還有一種云霧似的天體,稱為星云。星云由極其稀薄的氣體和塵埃組成,形狀很不規則,如有名的獵戶座星云。

              在沒有恒星又沒有星云的廣闊的星際空間里,還有些什么呢?是絕對的真空嗎?當然不是。那里充滿著非常稀薄的星際氣體、星際塵埃、宇宙線和極其微弱的星際磁場。隨著科學技術的發展,人們必定可以發現越來越多的新天體。

              (3) 銀河系及河外星系

              隨著測距能力的逐步提高,人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙的結構建立了立體的觀念。這里第一個重要的發展,是認識了銀河。它包含兩重含義,一是了解了銀河的形狀,二是認識了河外天體的存在。

              銀河系是太陽所屬的一個龐大的恒星集團,約包括1011顆恒星。這種恒星集團叫星系。銀河系中大部分恒星分布成扁平的盤狀。盤的直徑為25kpc(千秒差距,1秒差距=3.26光年=3.09億億米),厚度約為2kpc。盤的中心有一球狀隆起,稱為核球。盤的外部由幾條旋臂構成。太陽位于其中一條旋臂上,距離銀心約7kpc。銀盤上下有球狀的延展區,其中恒星分布較稀疏,稱為銀暈。暈的總質量約占整體的10%,直徑約為30kpc。我們的太陽,就其光度,質量和位置講,都只是銀河系中一個極普通的成員。

              此外重要的是,并非天穹上一切發光體都是銀河系的一部分。設想有一個類似銀河系的恒星集團,處于500kpc的距離上(銀河自身大小為30kpc)。其表觀亮度與2pc遠處一顆類似太陽的恒星是一樣的。因此對天穹上的某個光點,只有測定它的距離,才能區分它是銀河系內的恒星還是銀河系外的另一個星系。實際上,天穹上的大多數光點是銀河系的恒星,但也有相當大量的發光體是與銀河系類似的巨大恒星集團,歷史上曾被誤認為是星云,我們稱它們為河外星系,現在已知道存在1000億個以上的星系,著名的仙女星系、大小麥哲倫星云就是肉眼可見的河外星系。星系的普遍存在,表明它代表宇宙結構中的一個層次,從宇宙演化的角度看,它是比恒星更基本的層次。

              星系的質量差別很大。銀河系的質量約為1011M⊙(太陽質量單位)。在明亮的星系中,這是典型的大小。質量很小的星系太暗,不易看到。小星系的質量可低達106M⊙。星系的典型尺度為幾十千秒差距。若對視星等在23等以內的星系作統計,星系總數在109以上。

              20世紀60年代以來,天文學家還找到一種在銀河系以外象恒星一樣表現為一個光點的天體,但實際上它的光度和質量又和星系一樣,我們叫它類星體,現在已發現了數千個這種天體。

              (4) 星系團

              當我們把觀測的尺度再放大,宇宙可看成由大量星系構成的"介質",而恒星只是星系內部細致結構的表現。這樣,為了了解宇宙結構,需關心星系在空間的分布規律。

              星系的空間分布不是無規的,它也有成團現象。上千個以上的星系構成的大集團叫星系團。大約只有10%星系屬于這種大星系團。大部分星系只結成十幾、幾十或上百個成員的小團?梢钥隙ǖ氖,星系團代表了宇宙結構中比星系更大的一個新層次。這層次的尺度大小為百萬秒差距,平均質量是星系平均質量的100倍。

              (5) 大尺度結構

              今天人們把10Mpc以上的結構稱為宇宙的大尺度結構(目前觀測到的宇宙的大小是104Mpc)。至今大尺度上的觀測事實遠不是十分明確的。有趣的是,有跡象表明,星系在大尺度上的分布呈泡沫狀。即有許多看不到星系的"空洞"區,而星系聚集在空洞的壁上,呈纖維狀或片狀結構。這一層次的結構叫超星系團。它的典型尺度為幾十兆秒差距。

              從演化理論來考慮,尺度大到一定程度,應不再有結構存在。這是否符合事實,以及這尺度多大,都是十分重要,并需要有大尺度觀測來回答的問題,F今對宇宙在50Mpc以上是否還有顯著的結構現象存在,正是人們熱烈爭論中的焦點。

              總之,若把星系看成宇宙物質的基本單元,那么星系的分布狀況就是宇宙結構的表現,F在看來,直至50Mpc的尺度為止,星系的分布呈現有層次的結構。這就是我們對宇宙面貌的基本認識。

               

               

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