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1、第四章 星 系,星系是几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等组成的天体系统。星系的运动包括两方面：一是星系内部的运动，二是星系整体的运动。,4.1 银 河 系,在晴朗的夜晚，可以看到天空中有一条明亮的相当宽的星带，它环绕整个天空。这条光带称为银河。,一 银河系的结构,银河系大体上可以分为银盘和银晕两部分：银盘是圆盘状的恒星密集区 银晕是一个范围更大的、比较接近球状的区域。银河系具有旋涡状结构,银河系的基本参量银河系总质量：1011M1012M 银河系恒星数：1.21011 颗银河系年龄：1010 年银河系直径：30 000秒差距太阳距银心距离：10 000秒差距肉眼可观察恒星：6000颗
2、,二 银河系的运动,一种是绕银河系中心的转动 另一种是杂乱无章的运动,三 星族,星族：O型星、B型星、长周期造父变星、银河星团、星云等。星族：星系核心部分的恒星、天琴座RR型变星、球状星团等。,四 银河系经典理论与起源学说简介,18世纪中叶，人们普遍认为银河系中的恒星是对称分布的。1785年赫歇耳用恒星计数法描绘出银河的结构，认为银河是扁平状的结构。1930年最终确立了现代银河系的结构。,银河系的起源理论同宇宙起源理论紧密相关。按照大爆炸宇宙论，原星系是由于宇宙中物质密度起伏以及和起伏有关的引力不稳定性形成的。按稳恒态理论，星系是连续形成的。从研究太阳附近年老恒星的运动资料得出，富含金属的恒星
3、在坍塌过程中最先形成，原银河系中的大部分物质则保持气态并继续沉降，在损失若干能量后变成银盘。,根据迄今为止的有关银河的观测资料，可大致给出银河系可能的起源和演化史：100多亿年前，有一个巨大的星系际云，在自身引力的作用下收缩，在收缩过程中分成了若干云块，其中一块大云形成了后来的银河系，其他云块则形成大、小麦哲伦星系和其他河外星系。,4.2 河 外 星 系,在银河系之外，还有更深远的空间，那里分布着与银河系类似的天体系统星系、星系群和星系团。河外星系的观测和研究改变了人类对宇宙的认识。,一 河外星系的分类,椭圆星系：呈椭圆形，扁度差别较大。,椭圆星系,不规则星系,不规则星系：形状不规则。,棒旋星
4、系,棒旋星系：具有长长的像棍棒样的核心部分，在棒的两端有旋臂延伸出去。,旋涡星系,旋涡星系：具有一个核心部分，又有两条或更多条旋臂从核心延伸出去，呈漩涡状。,星系形状的四种不同类型,二 星系团,河外星系大多不是单独存在的，而是组成大小不等的集团，叫做星系团。,三 银河系附近的三个著名星系,仙女座大星云 大麦哲伦星云 小麦哲伦星云,仙女座大星云,大麦哲伦星云,小麦哲伦星云,四 多普勒效应和谱线红移,多普勒效应：当声源和观测者的连线方向上有相对运动时，观测者接受到的声波的波长会发生变化。谱线红移：当天体离开我们时，天体光谱中的谱线都向光谱的红端位移，波长变长；当天体接近我们时，谱线向光谱的紫端位移
5、，波长变短。波长变化公式为（）/=V/c=Z 其中是天体光谱中某条谱线的波长，为谱线的正常波长，V为天体的视向速度，c为光速，Z为红移值。,恒星和天体运动可分为两种运动：自行：在天球切线方向的分量 视向运动：在视线方向的分量。运动速度称为视向速度。利用多普勒效应测得的是视向速度。只有离银河系较近的几个星系是紫移，其余都是红移。,五 河外星系的起源演化简介,河外星系的起源较流行的看法是:在宇宙大爆炸后的膨胀过程中，分布不均匀的星系前物质收缩形成原星系(类似于第三所说的原恒星)，再演化成星系。目前对星系演化过程比较流行的看法认为：原始星系云在收缩过程中，出现第一代恒星，在原星系的中心区，收缩快、密
6、度高，恒星形成的几率就大，最后变为旋涡星系的星系核或形成整个椭圆星系。,4.3 正常星系和特殊星系,20世纪前半叶，人们建立的星系称为正常星系。20世纪50年代以后所发现的一些有特殊性质的星系称为活动星系,一 正常星系,1 基本上处于引力平衡状态2 发出的辐射可以认为是热辐射,二 特殊星系,1 引力不平衡，演化进度大大高于正常星系的演化速度，伴随着高速膨胀、物质抛射和爆炸现象2 有非热连续光谱，特别是在紫外、红外、射电波段有极强的辐射,三 类星体,星系中活动最剧烈的要数类星体。类星体是20世纪60年代天体物理的四大发现之一.,类星体,类星体的主要特征（1）有类似恒星的像（2）光谱中有很强、很宽
7、的发射线（3）光谱线具有非常大的红移（4）有很强的紫外辐射（5）一般有光度变化（6）不少类星体是强射电源，部分是强X射线源 哈勃定律V=HD,类星体,四、哈勃常数,哈勃常数H是宇宙学的基本常数，其数值的确定经过了一系列过程：哈勃最初确定的H=558千米/（秒百万秒）1952年，美国天文学家巴德测定的H290千米/（秒百万秒）1956年，根据哈马逊等人完成的红移总表，科学家测定新的 H180千米/（秒百万秒）20世纪60年代，测定H100千米/（秒百万秒）20世纪70年代，桑戴奇和塔曼测定H55千米/（秒百万秒）目前，用现代更精确的方法估算，哈勃常数H在1530千米/（秒百万秒），由这个哈勃常数决定的宇宙年龄为100 亿200亿年。新的观测资料还表明，在能观测到的宇宙范围内，退行速度和距离的线性关系仍然是成立的。,五 类星体红移的可能机制和能量来源,由哈勃定律所确定的红移称为宇宙学红移。宇宙学红移是类星体红移最可能的产生机制。,六 类星体研究的最新成果,经过几十年来的不懈努力，科学家们基本上揭开了类星体的秘密：它们是遥远的活动星系的亮核，我们所观测到的类星体并不是这类形体的全貌而仅是其核心特别明亮的部分，因为过于遥远，亮核区以外的暗弱部分难以被观测到。,
