《宇宙的起源》4第四講 星系的產(chǎn)生與消亡

宇宙的起源第四講星系的產(chǎn)生與消亡星系從何而來？它們是如何運轉的？星系有著怎樣的未來？又將如何走向滅亡？現(xiàn)在我們將揭開這些問題的答案！

我們已知的宇宙有超過2000億個星系，每個星系都獨一無二、浩瀚無邊，而且充滿活力，它們在暴力中誕生，也將在暴力中毀滅。返回目錄下一頁上一頁銀河系的中心存在一個巨大的黑洞？宇宙中還存在另一種物質——暗物質？宇宙中還有另一力量——暗能量？星系的產(chǎn)生與消亡

產(chǎn)生

演化

消

亡返回目錄下一頁上一頁一、星系的產(chǎn)生

1星系的起源

理論物理學家勞倫斯·克勞斯教授說道：“星系是恒星最主要也是最大的集合，僅一個中等大小的星系，就可能包括1000億顆恒星?？梢哉f它們是恒星的搖籃，恒星在此誕生，也在此消亡?！狈祷啬夸浵乱豁撋弦豁撓膳窍捣祷啬夸浵乱豁撋弦豁撱y河系返回目錄下一頁上一頁

銀河系是太陽所屬的一個龐大的恒星集團，約包括2000億顆恒星，許多恒星周圍都有行星系和衛(wèi)星系，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。盤的直徑約為10萬光年，中間部分厚度約為6000光年。盤的中心有一球狀隆起，稱為銀核。盤的外部由四條旋臂構成。太陽位于其中一條旋臂上，距離銀心約2.8萬光年。銀盤上下有球狀的延展區(qū)，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9.8萬光年。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。返回目錄下一頁上一頁麒麟座玫瑰星云返回目錄下一頁上一頁馬頭星云返回目錄下一頁上一頁

這些星云是星系深處恒星的巨型“孵化場”。而星云是在宇宙大爆炸之后形成的，星系中的恒星在星云中誕生，星云由塵埃和氣體構成。恒星的形成需要引力，而將恒星聚集成為星系，需要更大的引力。由氫和氦組成的氣體云，漂浮在大空中，宇宙大爆炸后二億年，這些氣體才會演變成第一批恒星，恒星形成恒星團，越來越多的恒星開始發(fā)光，恒星團形成星系，宇宙大爆炸10億年后，第一個星系形成了。

返回目錄下一頁上一頁在接下來的80億年間，又有數(shù)不清的星系逐漸形成。星系形成星系團，星系團形成超星系團。直到50億年前，在這些星系中一個安靜的角落里，引力開始吸引塵埃和氣體，它們逐漸聚集，慢慢形成一顆恒星，那就是太陽，宇宙大爆炸90億年后，我們小小的太陽系形成了，同時形成的還有地球。2科學家對星系的認識過程

然而長期以來，我們對星系并不十分了解，一個世紀前，我們認為宇宙中只存在銀河系，科學家稱之為我們的宇宙島，他們當時認為，宇宙中并不存在其它星系。然而在1924年，在洛杉磯返回目錄下一頁上一頁的威爾遜山天文臺，天文學家愛德溫·哈勃(EdwinHubble)運用當時最先進的2.5米口徑胡克望遠鏡觀測宇宙，在夜空深處，他看見了遙遠而模糊的點點星光，他意識到：這些并不是單個的恒星，而是一個恒星群，宇宙中的星系遠不止銀河系。加來道雄教授描述道：“一年之中，天文學家的認知受到了巨大的沖擊，宇宙的概念從只有銀河系變成了擁有數(shù)十億星系的浩瀚宇宙?！惫陌l(fā)現(xiàn)，是天文學歷史上最重大的發(fā)現(xiàn)，宇宙包含不止一個而是許多星系：有渦狀星系、橢圓星系、草帽星系，······等等。星系巨大無比，天文學家用光年來衡量太空的距離，銀河系對我們返回目錄下一頁上一頁而言或許很大，但對于整個宇宙來說，也只是滄海一粟，與其它星系相比也是非常渺小，離銀河系最近的仙女座星系，直徑超過20萬光年，是銀河系的二倍；M87星系是銀河系附近最大的橢圓星系，比仙女座星系大得多，不過在另一個龐大星系面前，M87星系顯得微不足道，IC—1011星系的直徑為600萬光年，比銀河系大60倍，是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的最大星系。二、星系的演化哈勃太空望遠鏡能使我們看到過去，回到創(chuàng)世之初；位于智利北部海拔5200米處的阿塔卡馬宇宙望遠鏡能幫助天文學家了解到：星系是如何從誕生之初逐漸演化的；而位于新墨西返回目錄下一頁上一頁哥州的阿帕奇山頂天文臺的斯隆數(shù)字巡天的探索將準確定位各個星系，制作迄今為止最大的三維天體圖。

星系是如何形成現(xiàn)在的形狀的？草帽星系一直是草帽狀的嗎？答案是否定的。早期星系雜亂無序，恒星、氣體和塵?；斐梢粓F，但是如今的星系看上去十分整齊、有序，有美麗的草帽星系或旋渦星系，是引力塑造了星系的形狀，并掌控了星系的未來。返回目錄下一頁上一頁1黑洞牽引著恒星運動

理論物理學家勞倫斯·克勞斯教授描述道：“銀河系起初并不是一個幼小星系，而是由許多小星系組成?，F(xiàn)在的銀河系曾經(jīng)包含許多形狀不規(guī)則的小結構體，這些結構逐漸開始融合。”引力將各個小結構體聚集在一起，并逐漸將恒星向內拉攏，它們開始加速旋轉，直到形成一個扁平的圓盤，恒星和氣體被拋甩形成巨大的旋臂，這一過程在宇宙中重復了數(shù)十億次，從而形成了現(xiàn)在的銀河系。返回目錄下一頁上一頁各種星系看上去形狀迥異，但它們都有一個共同點：那就是它們都環(huán)繞星系中心的某一點做軌道運動，多年以來科學家一直不解：是什么東西如此強大？以至于能改變星系運行的方式？最終他們發(fā)現(xiàn)這一中心就是黑洞，并以難以置信的速度牽引恒星的運動。銀河系中心的黑洞十分巨大，直徑長達2400萬公里。為此，讓我們來觀看《了解宇宙如何運行》關于安德里亞蓋孜教授和她團隊關于尋找銀河系黑洞的描述。返回目錄下一頁上一頁返回目錄下一頁上一頁2暗物質是宇宙真正的主人

黑洞還不足于強大到掌控龐大星系中的所有恒星。那么究竟是什么將星系維系在一起？二十世紀三十年代，瑞士天文學家弗里茲·扎維奇研究了星系聚集在一起的原因，根據(jù)他的計算：星系之間并未產(chǎn)生足夠的引力，它們本應該相互飛離，而不是聚集成群，所以他推斷：一定是某種人們尚未發(fā)現(xiàn)、尚未想到的物質在起作用，他給這一物質起了個名字：返回目錄下一頁上一頁叫做暗物質?？茖W家通過模擬實驗說明了暗物質的存在；引力透鏡確實使科學家能夠觀察到暗物質的存在。暗物質是宇宙的重要組成部分，自宇宙形成之初，暗物質無時無處不在發(fā)揮作用。暗物質是星系產(chǎn)生的動力，并將它們聚集在一起，雖然看不見也摸不著，但是暗物質才是宇宙真正的主人。為此，讓我們來觀看《了解宇宙如何運行》關于暗物質的描述。返回目錄下一頁上一頁返回目錄下一頁上一頁

斯隆數(shù)字巡天發(fā)現(xiàn)了一個直徑達14億光年的巨型絲狀宇宙網(wǎng)，這個絲狀結構被命名為斯隆長城，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的宇宙中最大單一結構。暗物質像膠水一樣，將整個宇宙的結構牢牢黏合在一起，它將星系、星系團以及超星系團結合在一起，這些結構都在宇宙網(wǎng)中緊密相聯(lián)。星系是恒星的王國，在不斷的變化著。理論物理學家勞倫斯·克勞斯教授告訴我們：“當我們觀察銀河系時，它看上去像是靜止的，并似乎會永遠存在。實際上并非如此，銀河系是不斷變化的，它的性質隨著時間不斷變化著?！毙窍挡粌H千變萬化，而且還在不斷運動，它們有時會互相碰撞，這種碰撞就是一個吞噬或被吞噬的過程。理論物理學家返回目錄下一頁上一頁勞倫斯·克勞斯教授告訴我們：“銀河系就是一個同類相食的例子。它能具有現(xiàn)在的面目，是因為它吞噬了其它小型星系；今天我們仍能看見最近一次吞噬殘留的小恒星帶，銀河系就是在吞并中形成的。但這些碰撞與即將發(fā)生的事情相比，就顯得微不足道了：銀河系正處在與仙女座星系發(fā)生碰撞的軌道中，整個仙女座星系以每小時25萬英里的高速朝我們駛來，直奔我們而來，這就意味著50到60億年后，銀河系和仙女座星系將不復存在，將會誕生一個全新的、巨大的橢圓星系：銀河仙女星系。為此，讓我們來觀看《了解宇宙是如何運行》關于模擬這場碰撞情況的描述。返回目錄下一頁上一頁返回目錄下一頁上一頁三、星系的消亡

1暗能量近十年科學家發(fā)現(xiàn)了宇宙中的另一股力量：叫做暗能量。暗能量與暗物質的作用正好相反，暗物質使星系聚集，而暗能量則使星系分離。暗能量神秘莫測，科學家并不知道它是由什么構成的，就好像宇宙中有小彈簧一樣，這些小彈簧讓事物相互分離。2星系的消亡

科學家認為在遙遠的未來，暗能量將在宇宙大戰(zhàn)中戰(zhàn)勝暗物質。暗能量的勝利將導致星返回目錄下一頁上一頁系相互分離。理論物理學家勞倫斯·克勞斯教授告訴我們：“暗能量會將星系消滅，它會導致所有星系不斷離我們遠去，直到看不見為止，直到它們遠去的速度超過光速為止，宇宙的其它部分，都將從我們眼前消失。這不會在今天或明天發(fā)生，但也許在一萬億年之后，宇宙的其它部分將徹底消失?！毙窍祵⒊蔀樯羁罩谢臎龉录诺男↑c，但這些都是很久以后才會發(fā)生的事。星系存在的歷史已有約140億年了，這些龐大星系的形狀和大