天文学第八章
天文学之8讲aa
• 电磁辐射由光子构成（粒子性） 光子的能量与频率（或颜色）有关：频率越高 （低），能量越高（低） E = hν, 其中Planck 常数h = 6.63×10-27 erg s-1
Planck Einstein
取零星等的亮度（E）为单位 普森公式：m=－2.5×lgE 把恒星移到10秒差距(32.6光年）处 ，其视星等叫做绝对星等。 M＝ m＋ 5－ 5log D D表示恒星的距离（以秒差距）。
光度定义为恒星每秒向外辐射的总能量。天文学 上，通常取太阳的光度为1，其它恒星的光度值是指 它们的光度是太阳光度的倍数。与太阳相比，光度最 大的恒星，可达太阳的1百万倍；而光度最小的恒星， 约只有太阳的1百万分之一。 光度大的恒星，称为巨星；光度小的恒星，称为矮 星。光度比巨星还要大的恒星，则称为超巨星。 织女星的星等为0，距离26光年，颜色为淡蓝白色， 表面温度约1万摄氏度，质量是太阳的3倍多，半径 是太阳的2.6倍，平均密度只有太阳的0.19倍，光度 是太阳的40倍。
辐射基本知识
人们获得天体信息的渠道主要有四种：
1. 2. 3. 4.
电磁辐射 (electromagnetic radiation) 宇宙线 ( cosmic rays) 中微子 ( neutrinos) 引力波 ( gravitational wave) 电磁辐射是其中最为重要的一种。
1பைடு நூலகம் 电磁辐射
称为“红”巨星，是因为在该恒星迅速膨胀的同时，外表面 离中心越来越远，所以温度将随之降低，发出的光也就越来 越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可体积如此之大，光 度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都 是红巨星。
天文学导论 (8)上
第八章：星系与宇宙的大尺度结构银河系•可见物质：恒星（96%）+气体+（3%）尘埃（1%）•暗物质疏散星团（开团，open star clusters）•疏散团与球状星团•疏散星团：由巨大的尘埃和气体团中形成大量的恒星而形成，位于银河系盘面•由数百颗至上千颗由弱引力联系的恒星组成，恒星密度比球状星团低很多，直径<数十光年•位于恒星活跃形成区，年轻，只有数百万年的历史•可能仍然含有分子云的残迹，星团产生的光：HII区•其中恒星的年龄和化学成分相近•例子：金牛星座中的毕（宿）星团（Hyades），昴星团（Pleiades）；英仙座中的双重星团蜂巢星团（Beehive）：昴星团：年龄<~115Myrs年龄<~750Myrs球状星团（Globular clusters）•引力紧紧束缚，外形呈球形，恒星高度向中心集中•恒星比较年老，由20，000-1百万个恒星组成，直径~200光年•一般位于星系晕中•银河系约有150个，另外可能还有10-20个未被发现•在星系形成的时候产生？•例子：英仙座中的M13；半人马ω球状星团星际介质（ISM）和发射星云•ISM：气体和尘埃组成•大多数ISM不可见•发射星云：气体发光，猎户大星云（Great Nebula of Orion），恒星形成，HII区，波长之一：6563Å•暗星云：气体遮蔽了星系的光，煤袋星云（Coal Sack）•两种星云同时存在：鹰状星云（巨蛇座，Serpens）;马头星云（猎户座）银河系的大小、形状和结构Shapley测量 了银河系100 个球状星团 结论：球形 分布；太阳 距离银心的 距离；银河 系的尺度太阳距离银心 的距离： ~8.3Kpc 太阳绕银心的 速度： 220 km/s 环绕周期： 230 百万年 转动曲线：~刚 体银河系的结构 •中性氢发射21cm射电辐射 •中性氢云团的速度：多普勒效应 •漩涡结构氢线的观测21cm氢线的产生机制跃迁几率：2.9x10-15/s 第一次观测：哈佛大学的Edward Purcell教 授与他的研究生Harold Ewen,1951,角型天 线银河系中心在可见光波段被气体和尘埃严重吸收Extinction by 30 magnitudes Only 1 out of 1012 optical photons makes its way from the GC towards Earth!Galactic centerWide-angle optical view of the GC region银心的射电观测Many supernova remnants; shells and filamentsArcSgr A Sgr ASgr A*: 银心银河系中心存在一个大约4百万太阳质量的黑洞银河系中心的黑洞恒星动力学测量黑洞的质量银心的X 射线观测Chandra X-ray image of Sgr A*银心的超大质量黑洞在X 射线波段很暗银心区域包含很多的黑洞和中子星双星系统Genzel etal 2003, Nature世界上第一个 3.5毫米 VLBI 图像UN beam 1.11 mas x 0.32 mas @ 9o Super-resolution 0.02 masunresolved (no extended structure) → single componentzero closure phases → symmetrical structure• (~E-W) elongated emission → consistent with λ≥ 7mm dataShen et al. 2005 Nature～５Rs～５Rs黑洞“阴影” 其它星系•原先被称之为“白星云”•世纪之争：银河系之外还是银河系之内？•Cepheid变星定距离：银河系之外！•Edwin Hubble分类•星系群（最多~100星系）；星系团（100-1000星系）椭圆星系银河系的相对大小椭圆星系•在大的星系团的中心，总是观测到一个或者更多的巨椭圆星系：~1013太阳质量，~300 000光年（比银河系大九倍），很多星系并合的结果；数量不多•一般的椭圆星系：~106太阳质量，~1000光年•年轻恒星很少，恒星形成基本停止，气体已经用完•椭圆星系占了宇宙中总星系数目的1/3漩涡星系1840s漩涡星系漩涡星系根据它们盘和核球的相对比重分类：Sa, Sb, ScMore bulgeMore disk有棒的星系： SBa,SBb, SBc盘越多意味着更多的恒星形成•核区：恒星年老，颜色：黄、橘红、红•旋臂：恒星年轻，颜色：蓝色（这类恒星的相对数目少）漩涡星系中的暗物质•1970s，Vera Rubin通过观测漩涡星系中的HII区红色的Hα谱线的移动，来测量星系的转动曲线：偏离开普勒运动！•暗物质？修正的引力理论（MOND）？漩涡星系的转动曲线：暗物质存在的证据星系的质量：一个例子•速度为负：朝向太阳系运动•速度：~-180km/s•太阳速度:~220km/s•M33朝向银河系的运动速度：~24km/s•谱线宽度：M33边界相对中心的运动速度：~100km/s•假设星系是圆形的：观测为~71x45角分，星系的倾角：acrsin(45/71)=~39度•速度改正：100/sin(39)=158km/s•M33的半径：~71角分，71/(60x57.3)=0.020弧度~45x109太阳质量•根据质光关系定M33中发光物质的质量•太阳的绝对光度：4.8；M33绝对光度：-19.5•光度差：2.51224.3=~5.2x109•M33中发光物质的质量： =~5.2x109太阳质量，只有动力学质量的1/10!•进一步的改正：不发光的气体和尘埃，恒星质光关系的改正，银河系的质光关系：1.5•M33中的重子物质：~ 8x109太阳质量，仍然只有动力学质量的1/6!!。
L08恒星s
双星的轨道特征
每个恒星都在围绕它们的 质心做椭圆轨道运动
质心为两个椭圆轨道的共 同焦点，保持固定
两个恒星总是位于质心的 两侧，运动方向总是相反
大质量天体的椭圆轨道小， 小质量天体的椭圆轨道大， 但形状和周期相同
双星的质量比
小质量恒星的轨道大，因此必定运动快 • 恒星的轨道周长与其质量成反比 • 恒星的运动速度与其质量成反比
恒星的光度级
非主序恒星的鉴别 方法：
• [相同温度的] 光度
• [相同温度的] 光谱： 谱线宽度表征恒星大 气的密度与气体压力
完备的恒星光谱分 类应包括
• 光谱型 恒星表面 温度（颜色）
• 光度级 恒星大小 （主序、非主序）
主序恒星揭示恒星 的属性及运行机制
非主序恒星揭示恒 星如何形成、演化 及消亡
疏散星团：恒星数密度小，亮星为兰巨星 球状星团：恒星数密度大，亮星为红巨星
星团的特征
恒星数：数十至数百万颗（多重星/聚星例外）
被彼此引力所束缚的系统
几乎同时形成，星龄差不多，化学成分同 距离也差不多，简化对成员星的各种分析：
m2 -m1 ~ M2-M1 ~ L1/L2
直径一般小于100光年 包含数十至数百颗成员星 较年轻 成员星之间相距较远 组织松散而形状不规则 富含星际气体 亮星为蓝巨星 几乎没有白矮星 著名例子：昴星团（M45）
Edmund Waller (1606-1687)
本讲内容
1. 恒星的距离、亮度与光度 2. 恒星的温度、大小与化学成分 3. 双星与恒星质量的测量 4. 赫-罗图 5. 星团 6. 太阳的结构 7. 太阳的能源来自热核聚变 8. 太阳的内部 9. 太阳大气
天文学chapter8
Very Important Warning:
Never look directly at the sun through
a telescope or binoculars(雙筒望遠鏡)!!!
This can cause permanent eye damage – even blindness.
Chapter 8 The Sun
Guidepost
In this chapter, you can use the interaction of light and matter to reveal the secrets of the sun. Because the sun is a typical star, what you are about to learn are the secrets of the stars.
Filaments
Transition region
Chromospheric structures visible in Ha
emission (filtergram)
The Chromosphere (2)
Spicules: Filaments of cooler gas from the photosphere, rising up into the
The sun will give you a close-up look at a star.
Guidepost (continued)
This is the first chapter that applies the methods of science to understand a celestial body. Here you will begin to see how science works in modern astronomy, and you will answer two questions about science:
天文学导论智慧树知到答案章节测试2023年中国科学技术大学
第一章测试1.天文学是一门古老而又年轻的学科。
A:错B:对答案:B2.宇宙中存在各种极端物理条件，可以检验物理规律的普适性。
A:错B:对答案:B3.天文学研究已经获得很多次诺贝尔奖，将来很难有更多此类量级的重大发现。
A:对B:错答案:B4.中国天文大科学工程时期已经基本结束，因而我们预期重大发现的涌现。
A:对B:错答案:B5.不属于20世纪60年代四大射电天文发现的是（）A:白矮星B:微波背景辐射C:星际分子D:类星体答案:A6.宇宙中可以存在哪些极端物理条件（）A:强引力B:超高能C:超强磁场D:超真空答案:ABCD7.以下哪些天文发现没有获得诺贝尔物理学奖（）A:中微子振荡B:大爆炸宇宙学C:类星体的发现D:脉冲双星的发现答案:BC8.下面4个电磁波波长最短的是（）A:红外B:X射线C:紫外D:光学答案:B9.下列不是空间望远镜的是（）A:甚大望远镜B:XMM-牛顿望远镜C:阿尔法磁谱仪D:硬X射线调制望远镜答案:A10.天文学研究的用处有（）A:检验物理规律普适性B:促进物理学发展C:授时、制作日历D:满足人类好奇心答案:ABCD第二章测试1.宇宙中天体物理条件太极端，所以完全无法在实验室进行任何相关天体物理研究。
A:错B:对答案:A2.地心说是完全错误的，日心说是完全正确的。
A:错B:对答案:A3.天文学中定义的各种时间有着各自适用的范围。
A:对B:错答案:A4.开普勒行星运动定律和牛顿万有引力定律之间没有关系。
A:对B:错答案:B5.引力波观测常被比喻成天文学家的（）A:听觉B:触觉C:视觉D:味觉答案:A6.不属于开普勒行星运动规律的是（）A:椭圆定律B:周期定律C:面积定律D:密度定律答案:D7.以下距离或距离单位最大的是（）A:水星与太阳的距离B:地月距离C:天文单位D:光传播一分钟的距离答案:C8.星等值相差15等的两颗恒星的亮度差为（）倍A:1000000B:1000C:10000D:100000答案:A9.以下观测和日地距离的测量有关的是（）A:月食B:三角视差C:金星凌日D:日食答案:BC10.视星等为下列哪个值的恒星最亮（）A:18B:16C:19D:17答案:B第三章测试1.彗星通常有两个彗尾：原子彗尾和离子彗尾。
七年级科学上册 第8章 星空世界课件华东师大华东师大级上册自然科学课件
除了八大行星和它们的卫星外，太阳系中还有质量较小 的天体，包括小行星，彗星，流星。
12/11/2021
1、在火星和木星间有许多比八大行星小的天体， 也沿椭圆轨道绕太阳运动，叫做小行星。 2、小行星的主要成分是碳，有的是铁，大 约有50万颗小行星分布在火木轨道之间。
12/11/2021
阅读：《小行星故事》和小资料《中国天文 学家和小行星》。（Ｐ５２－５３）
3、彗星的轨道非常扁长，主要由岩石和冰块组成， 基本结构分为彗核、彗发、彗尾。
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马王堆汉墓出土的帛书彗星图
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4、我国是记录彗星观察的最早的国家。哈雷 彗星是世界著名彗星，回归周期76年。
哈雷彗星绕太阳公转的周期 为（ ７６年），上一次出现 的时间为（ １９８６）年。
1、按离太阳的远近：
水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、 海王星、冥王星。
2、按质量大小：木星、土星、海王星、天王星、地球、金星、火星、水星、冥王星。
3、根据质量、大小和结构，分为： 类地行星和类木行星。
4、类地行星： 水星、金星、地球、火星。
5、类木行星： 木星、土星、天王星、海王星.
6、所有行星形状接近球体，都在自转，都在由西向东绕太阳公转，轨道近乎圆形的椭圆。
），八大行星
绕太阳（ 自西向东
）公转，轨道形状为
（ 椭圆形
）
３.八大行星分（ 类木行星 ）和（ 类地行星 ）
两大类，其中质量最大为（ 木星
），离地球最
近为（ 金星
），离太阳最远为
（ 海王星
），卫星最多为（ 土星
）。
４.地球的天然卫星为（ 月亮
第八章第六小节 科学计数法
知识要点
用科学记数法表示较大的数或较小的数的方法： 即利用10的整数次幂，把一个较大的数或较小的数 表示成a×10n的形式，（1 ≤ a<10，n为整数）.
试一试 1. 把下列各数写成10的幂的形式：100 ，10000，
100000000，即写成10（）
100=102
10000=104
100000000=108
第八章 整式的乘法
8.6 科学记数法
学习目标
1.了解科学记数法的意义. 2.会用科学记数法表示较大或较小的数.(重点、难点） 3.能将用科学记数法表示的数还原成原数. (重点、难点）
导入新课
情境引入
天 猫 一 天 交 易 额
天上的星星知多少？
2003年国际天文学联合会大会上，天文学家指 出，整个可见宇宙空间大约有700万亿亿颗恒星， 那这个数字是多少呢？它比地球上所有沙漠和海 滩上的砂砾总和还要多，也就是在“7”后面加22 个“0”，
合作探究
回顾有理数的乘方，计算： 101=_1_0_， 102=_1_0_0_，103=__1_0_0_0__，104=__1_0_0_0_0_， 106=_1_0_0_0__0_0_0_，1010=__1_0_0_0_0_0_0_0_0_0_0_，…. 讨论： (1)指数与运算结果中的0的个数有什么关系？
解析:因为350平方毫米的芯片上集成5亿个元件，说 明5亿个元件所占的面积为350平方毫米，要计算1 个元件所占的面积，可用350除以5亿．
解：350÷(5×108)＝350÷5×10－8 ＝70×10－8 ＝7×10－7(平方毫米)． 所以 1 个这样的元件大约占 7×10－7 平方毫米．
注意:用科学记数法表示实际生活中的数量时， 不能漏掉单位．
七年级上册第八章知识点整理——任
七年级上册第八章—《星空世界》复习资料姓名：1、星空的变化：周日式运动：地球自转造成星体东升西落周年式运动：地球公转造成星空随季节交替而变化。
3、星图和星座：（1）星图：根据星星在天空的分布和特征绘制的平面图，可用其确定恒星和星座的位置。
①方位：上北下南，左东右西②以天赤道为界，分北天星空和南天星空（2）星座：为了便于仍是恒星，把星空分成88个区域，即88个星座。
北极星在小熊座，北斗七星在大熊座，织女星在天琴座，牛郎星在天鹰座，天狼星在大犬座①北斗七星的斗柄随季节指向不同：东指—春，南指—夏，西指—秋，北指—冬②北极星是指北的最好参照物，在中国全年的晴朗夜空都可以观测到。
③夜空中有6000多颗比较亮的星星肉眼可见（绝大多数是恒星，行星只有金木水火土五大行星）3、太阳：(1)太阳概况：直径140万千米，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，日地距离1.5亿千米（一个天文单位）(2)太阳结构：※平时看到的太阳是表面的光球层，色球层和日冕层因亮度低，日全食期间才能看见。
(3)太阳活动①光球层温度可达6000℃，局部温度较低（4000℃）的区域形成太阳黑子，太阳黑子活动的周期为11年，黑子数最多的一年成为峰年，最少的一年为谷年。
②日珥：太阳色球层表面喷发出的高温气体形成的拱形结构，高达几十万公里。
③耀斑：色球层表面突然出现的亮斑闪耀，寿命在几分钟到几十分钟。
④太阳风：从日冕层，向外部空间持续抛射出来的带电粒子流，往往引起磁暴与强烈的极光。
(4) 太阳活动对地球的影响:①干扰地球无线电通讯②干扰地球磁场，使指南针失灵，即“磁暴”现象。
③影响地球上的气候变化。
④影响人体健康。
4、太阳系类地行星：水星，金星，地球，火星(质量小，离太阳近，卫星少)(1)八大行星巨行星：木星，土星(质量达，体积大)远日行星：，天王星，海王星离太阳由近及远：水星，金星，地球，火星，木星，土星，天王星，海王星按质量由小到大：水星，火星，金星，地球，天王星，海王星，土星，木星②水星：无卫星，无大气，与太阳同升同落，又名辰星③金星：无卫星，最亮的行星，自转方向与公转方向相反，太阳系中唯一一颗自东向西自转的行星，又名启明星、长庚星、太白星、昏星④地球：唯一一颗有人类居住的星球（适宜的温度，充足的水，一定厚度且适宜生物呼吸的大气是地球生命得以存在的三个条件）⑤火星：和地球最相似的一颗行星，可能存在这地下水⑥木星：质量体积最大，南半球有大红斑，卫星最多的行星63颗⑦土星：有美丽的光环(2)太阳系小天体小行星带：在火星和木星之间，都有自转和公转。
七年级科学上册第8章星空世界3太阳系小行星的命名素材新版华东师大版
小行星的命名
小行星是太阳系内环绕太阳运行、质量和体积都比行星小的天体，主要集中在火星和木星间的小行星带。
1801年意大利天文学家皮亚齐在西西里岛上发现一颗小行星，并命名为“谷神星”，自此拉开了小行星拥有自己名字的历史序幕；到2008年8月28日，已经获得国际编号的小行星数量为190128颗，其中有14698颗小行星已经获得了国际命名。
当一颗小行星在夜空中被观测者捕捉到，并不意味着可以直接为其命名。
发现者需要将其上报至国际天文学联合会，该联合会将根据观测者的上报，授予该行星一个暂定编号。
但由于许多小行星在被发现一段时间后，也许运行至远离地球的地方会因变暗而“消失”一段时间，之后再重现，所以为了避免新的发现只是重复工作，国际天文联合会小行星中心会对新发现的行星进行检测。
只有当一颗小行星在至少4次回归中被观测到，其轨道又能够被精准地计算出来，小行星中心才能赋予其一个永久性编号。
已获得永久编号的小行星，其发现者有权利在编号十年内为行星命名。
经国际天文学联合会小天体命名委员会审核后对外发布，至此一颗小行星才真正拥有自己的名字。
小行星的名字多种多样，除了以人名命名外，还有一些被冠之以地名等，更有甚者，发现者还会以宠物名给小行星命名。
为了规范小行星命名，国际天文学联合会规定小行星的提名：名字长度在不得超过16个字母；最好只是一个单词；名字（在某一种语言中）可拼读；名字不具冒犯性，不能与已有行星及其自然卫星的名字过于相近。
1。
宇宙知识（五）-第8章
第8章木星木星是离太阳第五颗行星，而且是最大的一颗，比所有其他的行星的合质量大2倍（地球的318倍）。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)行星直径: 142,984 千米 (赤道)质量: 1.900e27 千克木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为宙斯)是上帝之王，奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人，它是Cronus（土星）的儿子。
木星是天空中第四亮的物体（次于太阳，月球和金星；有时候火星更亮一些），早在史前木星就已被人类所知晓。
根据伽利略1610年对木星四颗卫星：木卫一，木卫二，木卫三和木卫四（现常被称作伽利略卫星）的观察，它们是不以地球为中心运转的第一个发现，也是赞同哥白尼的曰心说的有关行星运动的主要依据；由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕，并被强迫放弃自己的信仰，关在监狱中度过了余生。
木星在1973年被先锋10号首次拜访，后来又陆续被先锋11号，旅行者1号，旅行者2号和Ulysses号考查。
目前，伽利略号飞行器正在环绕木星运行，并将在以后的两年中不断发回它的有关数据。
气态行星没有实体表面，它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大（我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径）。
我们所看到的通常是大气中云层的顶端，压强比1个大气压略高。
木星由90％的氢和10％的氦（原子数之比, 75/25％的质量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。
这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。
土星有一个类似的组成，但天王星与海王星的组成中，氢和氦的量就少一些了。
我们得到的有关木星内部结构的资料（及其他气态行星）来源很不直接，并有了很长时间的停滞。
（来自伽利略号的木星大气数据只探测到了云层下150千米处。
）木星可能有一个石质的内核，相当于10－15个地球的质量。
内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态金属氢的形式存在。
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星云的观测
1781年法国天文学家Messier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William Herschel 发表包含2500个天体 的星表。 1864年John Herschel发表The General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars, 后来演变 为包含超过10,000个星系的 New General Catalogue。 如仙女星系：M 31，NGC 224。
利用星系红移测量星系的距离
红移z
0.0 0.1 1.0 10.0
V/c
0.0 0.095 0.6 0.984
目前的距 回溯时间 (Myr) 离 (Mly) 0.0 0.0
1401 8815 2102∞
1.0
1.0
27101
30096
10019
10029
宇宙距离阶梯
室女星系团的中心区域
规则星系团—结构致密、球对称分布，主要由 椭圆星系和透镜状星系组成 后发(Coma)星系团 距离 ~ 90 Mpc, 直 径~ 3 Mpc， 成员星系~6700个， 椭圆星系聚集在星 系团中心，旋涡星 系分布在外围。
富星系团与贫星系团
后发星系团包含几千个星系
武仙星系团中的星系数目不 足100
•包含年轻和年老的 恒星 •富含气体和尘埃
•强烈的恒星形成过 程 •恒星和气体作无规 则运动
•盘中的恒星和气体绕星系 核心作圆轨道运动， 晕中 的恒星绕绕星系核心作无规 则轨道运动
3. 星系的相对数目
目前可观测宇宙中大约有4×1010个星系。 不规则星系数目最多，其次是旋涡星系和椭圆 星系。
§8.2 测量星系
一些星系的距离、CaII的H、 K谱线和退行速度
1929年Hubble与Humason 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＝57-73 kms-1Mpc-1
Hubble
Humason
哈勃定律
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 (cosmological redshift) 如果宇宙的膨胀是均匀的，可以确定： 星系的距离D＝V/H0 和宇宙的年龄 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？
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。 恒星作杂乱的椭圆轨道运动。 中心区域最亮，亮度向边缘递减。 大小和质量相差悬殊。 巨椭圆星系 ~106 pc 矮椭圆星系 ~ 103 pc
(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。 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。 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。
2. 星系团 (clusters of galaxies)
CL1358+62
星系团 (clusters of galaxies)
不规则星系团—形态松散，主要由旋涡星系组 成
室女（Virgo）星系团 距 离 ~18 Mpc， 直 径 ~3 Mpc， 成员星系~2500个，其中 椭圆星系占19%，旋涡星 系占68%。
第八章 河外星系
§8.1 星系的形态和分类 §8.2 测量星系 §8.3 星系集团 §8.4 星系的演化
§8.1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” （island universes) 。
大、小麦哲伦云有一个共同的中性H包层，并 向银河系延伸形成麦哲伦流。
(2) 仙女星系（M 31）
本星系群内质量最大 的星系。距离~690 kpc，直径 ~60 kpc。 Sb型旋涡星系。 有一个明亮的、椭圆 型的核。 有7个伴星系，都是 椭圆星系。
(3) M 33
本星系群内质量第三的星系。距离~720 kpc， 直径~18 kpc。 Sc型旋涡星系。 有大量星族I天体。
星系的速度弥散—光度经验关系
星系中的恒星运动 →谱线位移 →谱线致宽
星系质量越大 → 恒星运动速度越快 → 速度弥散越大 → 谱线越宽
星系质量越大 → 光度越高
→ 光度谱线宽度
(4) 红移法
1912-1920年，V. M. Slipher通过测量旋涡 星系的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。
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 (the standard candle) 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。 特点： 光度高且分布范围狭窄
星系M100中的造父变星
标准烛光源
柯蒂斯：有些旋涡星云（实际是侧视旋涡星系）的中心面 有一条暗带。 如果银河系也有类似的暗带， 如果我们位于银河系的暗带中， 如果旋涡星云是河外天体， → 旋涡星云的分布出现隐带
1924年，哈勃分解出仙女座大星云 (M31) 中的造父变 星。 → 证明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) 。
不同颜色的星系
不同颜色的星系
1920年， Shapley发现球状星团的空间球对称分布， 通过观测球状星团内的天琴座RR型变星，确定银河系 的大小（100 kpc）和太阳系到银心的距离（16 kpc）。
1920年，沙普利-柯蒂斯 (Shaplry-Curtis) 关于宇 宙尺度的大辩论 (the great debate)
IC5152
M82
小结
旋涡/棒旋星系 (S, SB) •由恒星和气体构成的扁盘 （包含旋臂和核球）和星系 晕。棒旋星系的核心有棒状 结构 椭圆星系 (E) •球形或椭球形，除中 心核区外无其他结构 不规则星系(Irr) •无明显结构
•盘包含年轻和年老的恒星，•只有年老的恒星 晕只有年老的恒星 •盘包含大量气体和尘埃， 晕中的气体和尘埃很少 •旋臂中有恒星形成过程 •没有或很少气体和尘 埃 •近1010 yr没有明显的 恒星形成过程 •恒星绕绕星系核心作 无规则轨道运动
2. 星系质量的测量
(1) 旋涡星系的自转曲线 谱线位移 →自转速度 → 质量
星系 NGC 247：蓝色和红色分别表示恒星和 HII 区的辐射 自转曲线：实心和空心点分别代表HII 区和HI 区，实线代表只考虑可见物质的自转曲线
(2) 双重星系与星系团
谱线位移 → 星系的运动速度 +星系间的距离 → 统计（引力）质量
1. 本星系群 (the Local Group)
银河系所处的星系群，大小约 1 Mpc。 由银河系、仙女星系（M 31） 等附近约30个星系组成。包含 3个旋涡星系（银河系、M 31、 M 33），4个不规则星系（大、 小麦哲伦云等），和20多个椭 圆星系。
银河系和仙女座星系是本星系群中质量最大的两个星系， 分别位于本星系群的两端，在引力作用下分别带领周围 质量较小的星系相互绕转。
星系团的质量 星系团由于成员星系的运动而免于坍缩， 由此可估计星系团的质量：M ~ rV2/G 对一个典型的富星系团： r ~ 1 Mpc, V ~ 1000 km/s → M ~ 2×1014 M⊙ 星系团通常包含 ~ 1000 星系，每个星系的光度 ~LMW ~ 1010 L⊙ → 质光比 M/L ~ 20 M⊙/L⊙ → 星系团中 ~ 95% 的物质是暗物质！
(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。 银河系可能是一个SBb或SBc型 星系。
(4) 透镜状星系
本星系群的空间分布
本星系群的空间分布
(1) 大、小麦哲伦云
大、小麦哲伦云 (Magellanic Clouds)
1519年由F. Magellan首先记载。 离银河系最近的星系。 LMC：距离D = 50 kpc，质量M = 2×1010M⊙，直径d = 10 kpc。 SMC：距离D = 60 kpc，质量M = 4×109M⊙，直径d = 6 kpc。 不规则星系。 含有大量的年轻恒星和中性H 气体 （远超过银河系），但尘埃含量极 少。 超新星1987A爆发于大麦哲伦云。
最远距离（Mpc）
O, B型超巨星
新星 HII区 Ia型超新星 明亮星系
~30
~60 ~80 ~650 ~1500
(3) 星系的速度弥散—光度经验关系
Tully-Fisher关系 对旋涡星系，速度弥散ΔV = 220×(L /L⊙)0.22 H原子21厘米谱线宽度速度弥散光度 ~ 200 Mpc距离 Faber-Jackson 关系 对椭圆星系，速度弥散ΔV = 220×(L /L⊙)0.25
辩论焦点 宇宙是由无数类 (1) “旋涡星云”的距离是多大？ 似“旋涡星云” (2) “旋涡星云”是恒星系统还是气体云？的星系构成的。
“旋涡星云”是银河系内气 体云，银河系就是整个宇宙。
(3) 旋涡星云在天球上的分布为什么有“隐带” (zone of avoidance)？