第四篇 银河系和河外星系2(河外星系)资料
银河系与河外星系
• 星系的中心凸出部分,是一个很亮的球状,直径约为两万光年,厚一万光年,这个区域由高密度的恒星组成,主要是年龄 大约在一百亿年以上老年的红色恒星,很多证据表明,在中心区域存在着一个巨大的黑洞,星系核的活动十分剧烈.
• 晕轮部分: • 银河晕轮弥散在银盘周围的一个球型区域内,银晕直径约为九万八千光年,这里恒星的密度很低,分布着一些由老年 恒星组成的球状星团,有人认为,在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区,称为银冕,银冕至少延伸到距 银心一百千秒差距或三十二万光年远处. • 银河系在天空上的投影像一条流淌在天上闪闪发光的河流一样，所以古称银河或天河，一年四季都可以看到银河， 只不过夏秋之交看到了银河最明亮壮观的部分。
制作人：林益帆
银河系
• 银河系是太阳系所在的星系，包括1000到4000亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类 型的星际气体和星际尘埃。银河系本体直径约为120,000光年（不考虑银晕），中心厚度约 为12,000光年。银河系总质量是太阳的2100亿倍（2015年的计算结果，误差率20%）。 • 银河系是棒旋星系，具有巨大的盘面结构，由明亮密集的核心、两条主要的旋臂和两条未 形成的旋臂组成，旋臂相距4500光年。太阳位于银河一个支臂猎户臂上，至银河中心的距 离大约是26,000光年。
银河系
• 银河系大约包含两千亿颗星体,其中约一千亿颗恒星——我们的太阳就是其中之一.它是一个典型螺旋状恒星系,直径 约为十万光年,太阳距离银河中心约二万八千光年.银河系有三个主要组成部分：银盘、银核和晕轮.
• 银盘:
• 银盘是星系的主体,直径约为八万光年,中间部分厚度大约六千光年,太阳附近银盘的厚度大约为三千光年,银盘主要 是由四条巨大的旋臂环绕组成,它是由无数的蓝色恒星组成的,太阳就位于人马座臂和英仙座臂之间的猎户座臂上, 距离银心两万八千光年或者８、５千秒差距.旋臂的形成与银河系创生时期的星系核的活动有关系. • 中央凸起部分:
银河系的资料
银河系的发现经历了漫长的过程。
望远镜发明后，伽利略首先用望远镜银河系观测银河系，发现银河系由恒星组成；而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。
18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。
他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。
[1]20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。
J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。
在这个模型里，太阳居银河系结构图中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。
H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。
他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。
沙普利得出，银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距，这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。
20世纪20年代，银河系自转被发现以后，沙普利的银河系模型得到公认。
银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。
包含一、二千亿颗恒星。
银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。
银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。
这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。
关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。
而科学界认为宇宙大爆炸大约发生137亿年前。
另一说法，银河直径约为8万光年。
编辑本段年龄推测根据已知长寿命放射性核的衰变时间（即半衰期），从某些放射性中子俘获元素的丰度数据可以测定银河系中最年老恒星的年龄，从而定出银河系的年龄。
银河系及河外星系
银河系及河外星系一、课程标准●描述地球所处宇宙环境，运用资料说明地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星。
（1）标准解读地球所处的宇宙环境是指以地球为中心的宇宙环境，可以从宏观和微观两个层面理解。
宏观层面上是指地球在天体系统中所处的位置，即地月系—太阳系—银河系—总星系；微观层面上是指地球在太阳系中所处的位置。
了解地球所处的宇宙环境，目的不是要系统学习天文知识，而是要为认识地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星打基础。
在太阳系九大行星中，从质量、体积、运动等方面看，地球只是其中的普通一员，但是，存在生命尤其是高级智慧生命又使地球成为太阳系中特殊的一员。
很显然，地球上为什么适宜于生命生存和繁衍是本条“标准”的重点要求。
从本条“标准”的设计来看，说明地球上存在生命的原因，不仅要从地球自身条件和行星际空间条件分析，还要从恒星际空间条件分析。
“标准”将地球的特殊性限定在太阳系范围之内，隐含着在太阳系之外可能有存在生命的星球。
实际上，人类一直在为寻找“外星人”而努力，目前已在太阳系之外发现了几十颗可能会有生命的行星。
根据本条“标准”的要求，学生在分析地球的普通性和特殊性时，要会运用有关资料加以说明。
这些资料如太阳系九大行星的比较数据、地球在太阳系中的位置图、地球本身的条件等。
（2）教学重点•地球上为什么适宜于生命存在和繁衍。
（3）教学目标•能用自己绘制的示意图说明地球所处的宇宙环境；•能选用一定的资料（数据、图表等）说明地球行星的普通性与特殊性；•在地外生命存在的可能性探讨活动中，能运用自己搜集的资料，表达自己的观点；•尝试运用已学知识，写一段文字，表达宇宙环境认识方面的一个观点。
（4）教学方法•小组讨论法、图表分析法、比较分析法二、知识结构认识过程人三、教学过程一、人们对宇宙的认识（板书）【引导、讲解】人们对宇宙的认识经历了一个漫长的历史时期。
在人类发展的初期，由于人们的活动范围狭小，往往凭自己的直觉认识世界，看到眼前的地面是平的，就以为整个大地也是平的，并把天空看做是好像倒扣在平坦大地上的一口巨大的锅，于是，便有了“天圆地方”的说法。
河外星系的概念
河外星系的概念嘿，朋友们！今天咱来聊聊那神秘又遥远的河外星系呀！你说这宇宙就像一个超级大的神秘宝库，而河外星系呢，就是宝库里那些闪闪发光、让人好奇不已的宝贝。
咱生活的银河系已经够大够神奇了吧，但河外星系那可是多得像天上的星星一样数都数不过来。
你想想，在那无尽的黑暗中，有着一个个如同梦幻般的河外星系。
有的可能像一个大大的圆盘，里面装满了数不清的星星；有的也许像一条长长的飘带，星星们就像镶嵌在上面的宝石。
这不就跟咱地球上的各种美丽风景一样嘛，只不过它们是在宇宙这个超级大舞台上。
河外星系离我们那叫一个远啊，远到我们都难以想象。
就好像你站在这头，而它们在超级超级远的那头，远到让你觉得怎么努力都够不着。
可这并不妨碍我们对它们的好奇和向往呀！我们通过望远镜去窥探它们的模样，就好像在偷偷看一个神秘的宝藏。
有时候我就想啊，那些河外星系里会不会也有像我们地球一样的星球呢？说不定上面也有一群“小伙伴”在好奇地看着我们呢！这多有意思呀！而且河外星系的种类也是五花八门的，有椭圆的、螺旋的，还有各种奇奇怪怪形状的。
这就好比地球上的动物，有老虎、狮子这样凶猛的，也有兔子、小鸟这样可爱的。
咱对河外星系的了解其实还只是冰山一角呢。
这就像是一个巨大的谜团，等着我们一点点去解开。
我们不断地探索、研究，希望能发现更多关于它们的秘密。
每次有新的发现，不就跟找到了宝藏的钥匙一样让人兴奋嘛！咱普通人虽然不能像科学家那样去深入研究河外星系，但这并不妨碍我们去想象呀！我们可以在脑子里构想出各种奇妙的场景，把河外星系想象成任何我们想要的样子。
这也是一种乐趣呀，不是吗？河外星系就是宇宙送给我们的一份神秘大礼，虽然它远在天边，但却能让我们的思绪尽情地遨游。
我们可以尽情地去探索、去想象，让自己沉浸在宇宙的奇妙之中。
所以呀，别小瞧了这些遥远的河外星系，它们可有着无穷的魅力等着我们去发现呢！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
河外星系
河外星系
河外星系，简称为星系，是位于银河 系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、星云 和星际物质组成的天体系统。目前已发现 大约10亿个河外星系。
分类
• 椭圆星系：外形呈正圆形或椭圆形，中心亮， 边缘渐暗。 太阳系所处的银河系系是一个旋涡星系，主 要由质量和年龄不尽相同的数以千亿计的恒星和 星际介质（气体和尘埃）所组成。 在椭圆星系中，比E7型更扁的并开始出现旋 涡特征的星系，被称为透视星系。 不规则星系：外形不规则,没有明显的核和旋 臂,没有盘状对称结构或者看不形呈正圆形或椭圆形，中心 亮，边缘渐暗。它没有或仅有少量气体和尘埃， 辐射大部分来自红巨星，缺乏热的亮恒星，颜 色一般偏红，没有主导的绕轴自转，像蜂群那 样成员星在各自轨道上绕中心转动，没有漩涡 结构。
透视星系，它是比E7型更扁的并开始出现漩 涡特征的星系。透镜星系是椭圆星系向旋涡星系 或者椭圆星系向棒旋星系的过渡时的一种过度型 星系。
椭圆星系，外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐 暗。它没有或仅有少量气体和尘埃，辐射大部分来自红巨 星，缺乏热的亮恒星，颜色一般偏红，没有主导的绕轴自 转，像蜂群那样成员星在各自轨道上绕中心转动，没有漩 涡结构。
不规则星系，外形不规则，没有明显 的核和旋臂，没有盘状对称结构或者看不 出有旋转对称性的星系。
河外星系简介
刘毓 曹欣欣 徐智雄 张诗尧 150441116 151041402 150440330 150440334
1
星系概述
目 录
｜
2
河外星系概述
｜
3
河外星系中的重要星系
ONE
星系概述
1
1
星系概述
｜
｜
星系（英语：galaxy）〃或译为银河〃源自于希 腊语的“γαλαξίας”（galaxias）。广义上星系指 无数的恒星系（当然包括恒星的自体）、尘埃 （如星云）组成的运行系统。参考我们的银河系〃 是一个包含恒星、星团、星云、气体的星际物质、 宇宙尘和暗物质〃并且受到重力束缚的大质量系 统〃通常距离都在几百万光年以上。星系平均有 数百亿颗恒星〃是构成宇宙的基本单位。典型的 星系〃从只有数千万（107）颗恒星的矮星系到 上兆（1012）颗恒星的椭圆星系都有〃全都环 绕着质量中心运转。除了单独的恒星和稀薄的星 际物质之外〃大部分的星系都有数量庞大的多星 系统、星团以及各种不同的星云。 （位于后发座的NGC 4414是一个典型的 漩涡星系，直径55,000光年，距离6,250光 年）
约超过50个星系，其重心位于 银河系和仙女座星系之间的某 处。本星系群中的全部星系覆 盖一块直径大约1000万光年的 区域，本星系群的波速频散为 61±8 km/s。
1
星系概述
本星系群又属于范围更大的室女座超星 系团。
｜
｜
本星系群中两个质量最大的成员是银河
系与仙女座星系。这两个星系又都各自 拥有一个自己的卫星星系系统。银河系 的卫星星系系统包括人马座矮椭球星系 （人马座）、大麦哲伦星系、小麦哲伦 星系、大犬座矮星系、小熊座矮星系、 天龙座矮星系、船底座矮星系、六分仪 座矮星系、玉夫座矮星系、天炉座矮星 系、狮子座I、狮子座II以及杜鹃座矮星
5 星系天文学-第四章-银河系结构和演化
(4-2)
式中 K 为单位长度的消光系数，与介质的组成、密 度、物理条件以及辐射波段有关。 r 引入光学厚度 (r, l , b) 0 K (r, l, b)dr 则式(4-2)变为
E E0e ( r ,l ,b )
2. 单位长度消光值 a 与总消光 A 总消光 A A(r, l , b) m m0
星际物质从成份来说可以分为气体和尘埃两种，但 它们往往是混杂在一起的，在密度高的地方构成星际 弥漫云，又有亮星云和暗星云之分。除了云之外就是 分布在星际云之间的连续介质。 亮星云从发光机制来说包括发射星云和反射星云两 种。发射星云因附近高光度恒星的辐射激发而发光， 星云中间通常有一个或一群光谱型早于B1的高温恒星。 这些恒星有着丰富的紫外辐射，使星云气体激发，从 而产生光致电离而形成星云发射光谱，所以称为发射 星云。除大量的炽热气体外还包含有少量的尘埃物质。 光能量主要集中于一些发射线，如H、H 和H 。
a (r , l , b) a 1.086 K A (r , l , b) ar
这种情况下有时引入透明系数 P e K 于是可以得到 E E0e Kr E0 P r 当 K = 0 时，P = 1，介质完全透明 ； K = ∞ 时，P = 0，介质完全不透明。
m M 5 lg r A(r ) 5
计算的距离不同，r' 称为视距离，r 称为真距离，它们 间的关系是 5 lg r ' 5 lg r A(r ) 或 r ' r 10 0.2 A( r ) 当消光物质为均匀分布时有
5 lg r ' 5 lg r ar r ' r 10 0.2 ar
1. 星光吸收。星际尘埃会吸收和散射星光，且对蓝光 比对红光更厉害。星际气体则不同，它会在恒星光谱 中形成明显的吸收线，因此可以借助某些原子或离子 造成的特征吸收线来探测星际气体的存在。 特征吸收谱线的强度用等值宽度W 来表征。W 与视 线方向致吸收原子数密度 N 间的对数关系 lgN－lgW 称 为生长曲线，可用来确定 N。 2. X射线观测。所有星系中都包含大量炽热 (T>105K) 气体,其中H和He完全被电离, 称为等离子体，主要在极 端紫外 (EUV)和X射线波段发出辐射，能量范围为13.6 －100eV (EUV) 、0.1－1KeV（软X）、1－10KeV（中 X）、>10KeV（硬X）。
河外星系
星系大小
椭圆星系的大小差异很大，直径一般在3300多光年至49万光年之间；旋涡星系的直径一般在1.6万光年至16 万光年之间；不规则星系直径一般在6500光年至2.9万光年之间。
星系质量
星系的质量一般在太阳质量的100万至亿倍之间。椭圆星系的质量差异很大，大小质量的差竟达1亿倍。相比 之下，旋涡星系质量居中，不规则星系一般较小。
星系亮点
河外星系是面光源，人们可以测量它的表面亮度，研究表面亮度的变化规律。一般说来，物质密度越大，辐 射就会越强，光度在星系视面上的变化情况反映了物质分布的情况。因此，研究亮度的变化规律，对了解星系的 结构是很有价值的，不同类型星系的表面亮度是不相同，椭圆星系的亮度、旋涡星系的亮度、透镜状星系的亮度 各有不同。
星系的主要组成部分是恒星，累积光谱主要是类似于恒星的吸收光谱。也有相当多的星系，光谱中除了吸收 线外还有一些发射线。椭圆星系中有发射线的最少。从椭圆星系到不规则星系，有发射线的星系所占的比例越来 越大。对Sc系和Irr系来说，有发射线的占绝大多数。少数特殊河外星系的光谱主要就是发射线，吸收线很少， 有的甚至完全没有吸收线。
1917年，美国天文学家里奇拍摄星云NGC6946时，在其中发现了一颗新星。
物理性质
01
星系结构
02
星系亮点
03
星系05
星系光谱
星系结构
E系一般由核和晕组成。核又分为核球和核心。有些矮E系没有核。S系（包括SB）最复杂。 由于观测技术的改进，发现有的透镜状星系仍可看出有旋涡结构，实际上应该是Sa或SBa，但也有一部分SO 和SBO至今看不出任何旋涡结构。
棒旋星系
与旋涡星系平行的还有一类，称棒旋星系，符号为SBb棒旋星系的特点是一个棒状物，棒的中心部分有核球， 旋臂从棒的两端向外延伸出去。与旋涡星系类似，棒旋星系也可分成SBa、SBb、SBc等次型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ 在形态上，透镜状星系与旋涡星系的主要差别是没有 旋臂；与椭圆星系的主要差别是有星系盘。
▪ 主要由年老恒星组成，气体很少。
(5)不规则星系 ▪ 外型或结构无明显对称性的星系，符号为Irr。 ▪ 无旋臂和中心核区。 ▪ 富含星际气体、尘埃和年轻恒星。
银河系实际直径30 kpc！
沙普利—柯蒂斯 (Shaplry-Curtis) 关于“宇宙尺 度”的大辩论
▪ 辩论焦点：
(1) “旋涡星云”的距离是多大？
(2) “旋涡星云”是恒星系统还是气体 云？
宇宙是由无数类 似“旋涡星云” 的星系构成的。 “宇宙岛”
“旋涡星云”是银河系内气体 云，银河系就是整个宇宙。
仙女座大星系M31(Sb)
(3) 棒旋星系 (barred spiral galaxies)
▪ 中心有棒状结构的旋涡星 系，符号为SB。
▪ 旋臂源于棒的两端。 ▪ 按照核球的大小和旋臂的
缠卷程度，旋涡星系可以 分为SBa, SBb, SBc三个次 型。其中Sa型核球最大， 旋臂缠卷最紧。
(4) 透镜状星系
因此“仙女座大星云”必定是河外星 系!
2. 星系的哈勃分类
▪ 根据星系形态的不同，1926年哈勃首先提出星系 可以分为椭圆星系、透镜状星系、旋涡星系、棒 旋星系和不规则星系5种类型，称为哈勃分类。
椭圆星系
旋涡星系 透镜状星系
不规则星系
棒旋星系
宇宙星系的数目1010数量级！ 哈勃“音叉”图
(1) 椭圆星系 (elliptical galaxies)
1920年4月26日美国科学院在华盛顿博 物馆礼堂召开了“宇宙的尺度”的辩论 会。
沙普利
柯蒂斯
哈勃的裁决：
—“宇宙岛” 的最终胜利！
▪ 1926年，哈勃分解出“仙女座大 星云” (M31) 中的造父变星。 →证实“仙女座大星云”确实是恒 星系统。 由造父变星周光关系估计“仙女座 大星云”的距离150 kpc（实际距 离800 kpc）> 最远的球状星团的 距离(100 kpc)。
▪ 椭球形的星系，符号为E. 按椭率大小的增加分 为E0、E1...E7八个次型。
▪ 主要由星族Ⅱ恒星构成，没有星系盘，没有或 仅有少量星际气体和尘埃，颜色偏红。
▪ 中心区域最亮，亮度向边缘递减。
(2) 旋涡星系 (spiral galaxies) ▪ 具有旋涡结构的星系，符号为S。 ▪ 中心是球状或椭球状的核球，外面是扁平的星系盘。
1929年哈勃与哈马逊发现由 星系谱线红移得到的星系退行 速度V与星系的距离D成正比， 称为哈勃定律
V＝H0×D 其中哈勃常数 H0在50-100 kms-1Mpc-1取值， 一般取75 kms-1Mpc-1
Hubble
Humason 哈勃和哈马逊得到的星系视向速度与距离的关系图
哈勃定律的意义
▪ 哈勃定律反映了宇宙的膨胀 由宇宙膨胀引起的星系的谱线红移称为宇宙学红移。
从核球两端延伸出两条或两条以上螺旋状旋臂叠加 在星系盘上，盘外面是球状的星系晕。 ▪ 星系盘颜色偏蓝，星系晕和核偏红。 ▪ 在星系盘、特别是旋臂上主要是星族I恒星以及气 体和尘埃，核球和星系晕主要由星族Ⅱ恒星组成。
草帽星系M104， Sa型
▪ 按照核球的大小和旋臂的缠卷程度，旋涡星系可 以分为Sa, Sb, Sc三个次型。Sa型核球最大，旋 臂缠卷最紧，Sc型核球最小，旋臂缠卷最松。
1.0
vr
(z (z
1) 2 1) 2
1c 1
目前的距离 (Mly) 0.0 1401 8815 21022 27101 30096
D c (z 1)2 1 H0 (z 1)2 1
2. 星系质量的测量
(1) 旋涡星系的自转曲线法 谱线位移 →自转速度 → 质量
假设v表示距离星系中心r 处星系的旋转速度，则r以 内星系的总质量m可以由 下式估算：
第四篇 银河系和河外星系（2）
——河外星系
漩涡星系
椭圆星系
本讲内容
§1 星系的形态和分类 §2 星系距离和质量的测量 §3 活动星系 §4 星系的形成和演化 §5 星系群与超星系团
§1 星系的形态和分类
1. 河外星系的发现 1750年，英国教士赖特提出银河是恒星系统。 1755年，康德在《自然通史和天体论》一书中指 出旋涡星云的扁平形态是由于转动引起的，它们 是和银河类似的 “宇宙岛”。 宇宙中无数的恒星系统可形象比喻成汪洋大海中的 岛屿。
标准烛光源 最远距离（Mpc）
O,B型超巨星
~30
新星
~60
电离氢（HII区）
~80
Ia型超新星
~650
明亮星系
~1500
(3) 红移法
▪ 1912-1920年，斯里 弗通过测量旋涡星系 谱线的Doppler位移 发现绝大多数的星系 具有谱线红移，即它 们正在远离银河系。
一些星系的距离、CaII的H、 K谱线和退行速度
星系的距离D＝V/H0
如果宇宙的膨胀是均匀的，可以确定：
宇宙的年龄 t＝D/V＝1/H0
▪ 星系的退行表明在过去它们必定离得很近，宇宙膨
胀的起点是什么？（宇宙大爆炸学说）
利用星系红移测量星系的距离
红移z
0.0 0.1 1.0 10.0 100 ∞
退行速度V（c）
0.00.095来自0.60.984
1.0
IC5152
M82
§2 星系距离和质量的测量
1.星系距离的测量
(1) 利用造父变星的周光关系 测量星系距离 最远距离：~20 Mpc (2) 标准烛光法 通过比较星系中可证认的某些 标准（明亮）天体的视星等和 绝对星等来确定星系的距离。
m-M=5logr-5
星系M100中的造父变星
不同标准烛光源的测量范围
星云的观测
▪ 1781年法国天文学家梅西耶 发表了包含110个星云的“梅 西耶星表”，其中40个实际 上是星系。
▪ 1800年英国天文学家威廉.赫 歇尔发表包含2500个星云天 体的星表，大部分是旋涡星云。
▪ 争论的焦点：星云是恒星系统 还是气体云？星云分布是在银 河系内还是银河系外？
▪ 1920年，沙普利发现球状星团的空间球对称分布， 用球状星团作为银河系边界的标记来确定银河系 结构和尺度，确定银河系的大小（100kpc）和太 阳系到银心的距离(16kpc）。沙普利认为星云是 分布在银河系内，反对“宇宙岛”的观点。