南京与上海相距311千米,头发的直径不到0.1毫米……在日常生活中,长度单位无非是毫米、厘米、米、千米(公里),但到了地球之外的太阳系,人们使用的长度单位常常是“天文单位”。一旦出了太阳系的范围,天文学家又使用秒差距或光年。现在人们又越出了银河系,来到了星系间,长度单位又大了一个层次,需要用“千秒差距”或“万光年”、甚至“百万秒差距”了。百万秒差距、千秒差距、秒差距之间,每级相差1000倍。
何谓星系?科学地讲来,即是由几十亿至数千亿颗恒星和星际物质构成、占据几千至数十万秒差距空间的天体系统。它们都是一个个极其庞大的“星城”,例如银河系就是太阳系所在的一个星系。广袤无垠的宇宙空间中,星系的数目极多,现在估计在2000亿之上。比银河系中的恒星还多!
与太阳是恒星世界中的“普通一兵”相仿,银河系在星系中也没有什么特殊地位。比银河系小的星系固然不少,但比银河系更大的星系亦比比皆是。1974年发现的最大星系,是一个发出很强射电辐射的3C236,它位于小狮座方向,其直径达5800千秒差距,是银河系(依银晕计,下同)的190倍。1980年德国的天文学家报告说,发现了比3C236更大的星系——3C345,其直径达23900千秒差距。尽管它离地球远至1500百万秒差距,但看起来它的角直径仍有1°,为月球的2倍。如果把银河系比做一个直径20厘米的铁饼,那么3C236就相当于一个直径38米的大水池,而3C345就可与一座万人体育馆相比拟。
这是用哈勃望远镜于2002年5月13日和14日拍摄到两幅照片合成的图片。该图显示了发生在距离地球10亿光年的太空中4个星系相撞的情形。这次相撞造成了大量新的星球。
人马座夏季南方的夜空,在银河非常明亮,面积也较大时,人马座的中间部分好似淹没在银河之中。它虽然是一个大星座,但很惹眼的也只有和北斗七星类似的叫做南斗六星的部分。
星系中最小的是位于天龙座方向的天龙星系,它是银河系的一个紧邻,距离只有67千秒差距。据天文学家测定,其线直径为0.3千秒差距,只是大的球状星团的20倍而已。在上述的比例中,天龙星系只是一颗2毫米大小的绿豆。它的质量仅105M⊙,只相当于银河系质量的百万分之一,所以这也是现知的质量最小的星系。要不是距离近,可能到今天还发现不了它呢!
太阳到比邻星系甚至比到银河系另一端更近一些
从质量而言,以前认为NGC2885名列前茅,它的可见部分就有2×1012M⊙,相当于银河系质量的14倍,但现在人们却把桂冠赠给了位于室女座内的M87(MGC4486)。这个星系非同一般,用不同观测手段测定的大小各不相同:在射电望远镜中,其直径不过70千秒差距,比银河系大不了多少,但用光学观测,它陡长到200千秒差距,几乎是前者的3倍!而从接收到的X射线分析,它的直径竟是245千秒差距,足足是银河系的10倍,M87的质量为2.7×1013M⊙。若把M87比做地球,那银河系的质量仅是半个月球。M87内部很不平静,它大规模地从中心抛出物质——抛出的东西足以组成一个小星系。所以,M87中心可能存在着一个巨大的黑洞。1990年,科学家在阿贝尔2029星系团的中央,发现了一个直径比银河系大60倍、达600万光年的星系,其中恒星多达100万亿,质量比M87还大三四倍。
仙女座银河M31从稍偏一些的方向来看涡漩而成的银河M31就是这样一种形状。右上方是像橄榄球一样的M110,左下方是有些显圆的M32,它们都处于椭圆形银河的星星集合体中,围在M31的附近转动。
光度最亮的星系原为一对“并列冠军”——后发座中的NGC4874和NGC4889,它们的绝对星等均为-22等。但1980年人们发现NGC1961的光度为3.7×10′′L⊙,相当于绝对星等为-23.6等,因而刷新了记录。如果谁有神通把NGC1961搬到离太阳10秒差距的地方,这虽然仍然比织女星和牛郎星来得远,可是它的光将比中秋明月强2500倍。如果这样,地球上将不会再有黑夜。最暗的星系在摩羯座方向,其绝对星等仅为-6.5等,光度相当于35000⊙,或者说一个星系发的光仅与参宿四(猎户α)一颗恒星相当,这是多么可怜!
从能量爆发规模看,星系的爆发显然又比超新星厉害得多了。例如M82(NGC3034)大约在150万年前发生过一次惊天动地的大爆发,它以1000千米/秒的速度连续抛出了大约106M⊙的物质,仅这些动能便达1048焦耳,相当于银河系1万年所发出的能量的总和!
最远的星系距离与比邻星相比较
星系分布遍及宇宙各个角落,过去人们一直认为最近的星系是大麦哲伦云(LMC),其距离为51.8千秒差距,这只不过是银河系直径的2倍。但在1975年天文学家发现,在与银心相反的方向,有一个很小的小星系,它离开太阳的距离仅只16.8千秒差距,即比太阳到银河系另一边缘的距离还近5千秒差距呢。对于星系而言,这可算作近在咫尺了,因而人们一致称它为比邻星系。比邻星系也属最小的星系之一,其质量还不到106M⊙。哪个星系距离最远呢?这很不好回答,因为越是遥远的星系,测得的结果的误差也就越大,何况能看到“最远”的距离也是随着仪器、技术的发展而逐步延伸的。就肉眼而言,可见的最远的星系是M31仙女星系,它的距离几经修正,现在认为是670千秒差距或相当于220万光年。换句话说,人们今天收到的仙女星系的光,当它刚离开仙女星系时,地球上人类才刚刚诞生呢室女座草帽星系!1980年,人们认为最远的星系是3C324,其距离为100亿光年。但这个纪录几乎每年都会被刷新。1996年美国天文学家在室女座方向发现了一个极暗的星系,据测距离为140亿光年,比以前所称的“最远星系”还远2亿光年,这样大的距离实在难以想象,即使把比邻星和我们的距离缩短到一掌之隔(约10厘米),那么这个年轻星系仍在355000千米的远处,这仅比月球的距离小20000多千米!