《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(lái)？它們是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的？星系有著怎樣的未來(lái)？又將如何走向滅亡？現(xiàn)在我們將揭開這些問(wèn)題的答案！

我們已知的宇宙有超過(guò)2000億個(gè)星系，每個(gè)星系都獨(dú)一無(wú)二、浩瀚無(wú)邊，而且充滿活力，它們?cè)诒┝χ姓Q生，也將在暴力中毀滅。返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)銀河系的中心存在一個(gè)巨大的黑洞？宇宙中還存在另一種物質(zhì)——暗物質(zhì)？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(yè)上一頁(yè)一、星系的產(chǎn)生

1星系的起源

理論物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯教授說(shuō)道：“星系是恒星最主要也是最大的集合，僅一個(gè)中等大小的星系，就可能包括1000億顆恒星。可以說(shuō)它們是恒星的搖籃，恒星在此誕生，也在此消亡。”返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)仙女座星系返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)銀河系返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)

銀河系是太陽(yáng)所屬的一個(gè)龐大的恒星集團(tuán)，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(tuán)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(wàn)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(gòu)成。太陽(yáng)位于其中一條旋臂上，距離銀心約2.8萬(wàn)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(zhì)量約占整體的10%，直徑約為9.8萬(wàn)光年。我們的太陽(yáng)，就其光度，質(zhì)量和位置講，都只是銀河系中一個(gè)極普通的成員。返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)麒麟座玫瑰星云返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)馬頭星云返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)

這些星云是星系深處恒星的巨型“孵化場(chǎng)”。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(gòu)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(huì)演變成第一批恒星，恒星形成恒星團(tuán)，越來(lái)越多的恒星開始發(fā)光，恒星團(tuán)形成星系，宇宙大爆炸10億年后，第一個(gè)星系形成了。

返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)在接下來(lái)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(tuán)，星系團(tuán)形成超星系團(tuán)。直到50億年前，在這些星系中一個(gè)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(yáng)，宇宙大爆炸90億年后，我們小小的太陽(yáng)系形成了，同時(shí)形成的還有地球。2科學(xué)家對(duì)星系的認(rèn)識(shí)過(guò)程

然而長(zhǎng)期以來(lái)，我們對(duì)星系并不十分了解，一個(gè)世紀(jì)前，我們認(rèn)為宇宙中只存在銀河系，科學(xué)家稱之為我們的宇宙島，他們當(dāng)時(shí)認(rèn)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(yè)上一頁(yè)的威爾遜山天文臺(tái)，天文學(xué)家愛(ài)德溫·哈勃(EdwinHubble)運(yùn)用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的2.5米口徑胡克望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙，在夜空深處，他看見了遙遠(yuǎn)而模糊的點(diǎn)點(diǎn)星光，他意識(shí)到：這些并不是單個(gè)的恒星，而是一個(gè)恒星群，宇宙中的星系遠(yuǎn)不止銀河系。加來(lái)道雄教授描述道：“一年之中，天文學(xué)家的認(rèn)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(xué)歷史上最重大的發(fā)現(xiàn)，宇宙包含不止一個(gè)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(wú)比，天文學(xué)家用光年來(lái)衡量太空的距離，銀河系對(duì)我們返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)而言或許很大，但對(duì)于整個(gè)宇宙來(lái)說(shuō)，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(guò)20萬(wàn)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(guò)在另一個(gè)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(wàn)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(yuǎn)鏡能使我們看到過(guò)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(yuǎn)鏡能幫助天文學(xué)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(yè)上一頁(yè)哥州的阿帕奇山頂天文臺(tái)的斯隆數(shù)字巡天的探索將準(zhǔn)確定位各個(gè)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(wú)序，恒星、氣體和塵?；斐梢粓F(tuán)，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(lái)。返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)1黑洞牽引著恒星運(yùn)動(dòng)

理論物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯教授描述道：“銀河系起初并不是一個(gè)幼小星系，而是由許多小星系組成。現(xiàn)在的銀河系曾經(jīng)包含許多形狀不規(guī)則的小結(jié)構(gòu)體，這些結(jié)構(gòu)逐漸開始融合?！币⒏鱾€(gè)小結(jié)構(gòu)體聚集在一起，并逐漸將恒星向內(nèi)拉攏，它們開始加速旋轉(zhuǎn)，直到形成一個(gè)扁平的圓盤，恒星和氣體被拋甩形成巨大的旋臂，這一過(guò)程在宇宙中重復(fù)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(yè)上一頁(yè)各種星系看上去形狀迥異，但它們都有一個(gè)共同點(diǎn)：那就是它們都環(huán)繞星系中心的某一點(diǎn)做軌道運(yùn)動(dòng)，多年以來(lái)科學(xué)家一直不解：是什么東西如此強(qiáng)大？以至于能改變星系運(yùn)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(yùn)動(dòng)。銀河系中心的黑洞十分巨大，直徑長(zhǎng)達(dá)2400萬(wàn)公里。為此，讓我們來(lái)觀看《了解宇宙如何運(yùn)行》關(guān)于安德里亞蓋孜教授和她團(tuán)隊(duì)關(guān)于尋找銀河系黑洞的描述。返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)2暗物質(zhì)是宇宙真正的主人

黑洞還不足于強(qiáng)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(jì)三十年代，瑞士天文學(xué)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(jì)算：星系之間并未產(chǎn)生足夠的引力，它們本應(yīng)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(zhì)在起作用，他給這一物質(zhì)起了個(gè)名字：返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)叫做暗物質(zhì)。科學(xué)家通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了暗物質(zhì)的存在；引力透鏡確實(shí)使科學(xué)家能夠觀察到暗物質(zhì)的存在。暗物質(zhì)是宇宙的重要組成部分，自宇宙形成之初，暗物質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)處不在發(fā)揮作用。暗物質(zhì)是星系產(chǎn)生的動(dòng)力，并將它們聚集在一起，雖然看不見也摸不著，但是暗物質(zhì)才是宇宙真正的主人。為此，讓我們來(lái)觀看《了解宇宙如何運(yùn)行》關(guān)于暗物質(zhì)的描述。返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)

斯隆數(shù)字巡天發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑達(dá)14億光年的巨型絲狀宇宙網(wǎng)，這個(gè)絲狀結(jié)構(gòu)被命名為斯隆長(zhǎng)城，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的宇宙中最大單一結(jié)構(gòu)。暗物質(zhì)像膠水一樣，將整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)牢牢黏合在一起，它將星系、星系團(tuán)以及超星系團(tuán)結(jié)合在一起，這些結(jié)構(gòu)都在宇宙網(wǎng)中緊密相聯(lián)。星系是恒星的王國(guó)，在不斷的變化著。理論物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯教授告訴我們：“當(dāng)我們觀察銀河系時(shí)，它看上去像是靜止的，并似乎會(huì)永遠(yuǎn)存在。實(shí)際上并非如此，銀河系是不斷變化的，它的性質(zhì)隨著時(shí)間不斷變化著。”星系不僅千變?nèi)f化，而且還在不斷運(yùn)動(dòng)，它們有時(shí)會(huì)互相碰撞，這種碰撞就是一個(gè)吞噬或被吞噬的過(guò)程。理論物理學(xué)家返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)勞倫斯·克勞斯教授告訴我們：“銀河系就是一個(gè)同類相食的例子。它能具有現(xiàn)在的面目，是因?yàn)樗淌闪似渌⌒托窍担唤裉煳覀內(nèi)阅芸匆娮罱淮瓮淌蓺埩舻男『阈菐?，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(gè)仙女座星系以每小時(shí)25萬(wàn)英里的高速朝我們駛來(lái)，直奔我們而來(lái)，這就意味著50到60億年后，銀河系和仙女座星系將不復(fù)存在，將會(huì)誕生一個(gè)全新的、巨大的橢圓星系：銀河仙女星系。為此，讓我們來(lái)觀看《了解宇宙是如何運(yùn)行》關(guān)于模擬這場(chǎng)碰撞情況的描述。返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)三、星系的消亡

1暗能量近十年科學(xué)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(zhì)的作用正好相反，暗物質(zhì)使星系聚集，而暗能量則使星系分離。暗能量神秘莫測(cè)，科學(xué)家并不知道它是由什么構(gòu)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(xué)家認(rèn)為在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，暗能量將在宇宙大戰(zhàn)中戰(zhàn)勝暗物質(zhì)。暗能量的勝利將導(dǎo)致星返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)系相互分離。理論物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯教授告訴我們：“暗能量會(huì)將星系消滅，它會(huì)導(dǎo)致所有星系不斷離我們遠(yuǎn)去，直到看不見為止，直到它們遠(yuǎn)去的速度超過(guò)光速為止，宇宙的其它部分，都將從我們眼前消失。這不會(huì)在今天或明天發(fā)生，但也許在一萬(wàn)億年之后，宇宙的其它部分將徹底消失。”星系將成為深空中荒涼孤寂的小點(diǎn)，但這些都是很久以后才會(huì)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