星系天文學

發展簡史和內容

1888年出版的《星雲星團新總表》(NGC)及其《補編》(IC)刊載了 13，226個非恆星天體和非單星天體，後來判明其中絕大多數是河外星系，這為星系天文學的誕生準備了基本資料。1919年，哈勃用當時最大的1.5米和2.5米反射望遠鏡發現了近距星系──仙女星系NGC 224(M31)、三角星雲NGC 598(M33)、人馬座星雲NGC 6822中的造父變星，並根據周光關係，測定了距離，證明它們在銀河系之外，並且指出當時統稱為星雲的天體，大多是和銀河系同一等級的恆星系統，把它們命名為河外星系，簡稱星系。接著，哈勃在前人發現的基礎上，還揭示了星系世界普遍有譜線紅移效應以及星系距離和紅移大小成正比的規律，從而建立了星系天文學。五十年代以前，星系天文學主要沿著兩個方向發展。一是研究以10年為演化尺度的星系(即所謂正常星系)的形態、結構、運動和物理狀況；建立形態分類系統，把大多數星系納入旋渦、棒旋、透鏡、橢圓和不規則五大形態框架；通過星系的自轉以及星系群的運動，測定星系的質量，表明從10～10太陽質量的矮星系、10～10太陽質量的巨星系、直到10～10太陽質量的超巨星系，大小可差7個量級；用測光方法和光譜方法探討星系的恆星成分和氣體成分，以及星族的劃分和分布等。另一方向的進展是，建立並改進星系距離尺度，通過星系的空間分布、成團現象和紅移效應，探索大尺度宇宙結構，描述所公認的百億光年範圍的可觀測宇宙等。近三十年來，逐步打開了射電、紅外線、紫外線、X射線和γ射線“天窗”；發現了短於10年的激擾活動和高能現象；探測到射電星系、類星體等形形色色的特殊河外天體；這些發現都向天體物理學和傳統觀念提出了嚴重的挑戰。星系和星系際空間的研究已成為天文學最活躍的領域之一。研究星系的起源和星系的演化、宇宙物質的蟪叨冉峁購陀鈧嬤械母唚芑疃?o可以推動天文學和天體物理學不斷向前發展。

研究方法和手段

用中等口徑的光學望遠鏡，可對本星系群的一些成員(如大小麥哲倫雲、仙女星系)的星系盤、旋臂、星系核、星系暈和星系冕進行分部觀察，並對其成員天體(星團、電離氫區、行星狀星雲、超巨星、紅巨星、新星、造父變星)作光度測量和光譜分析。然而，除少數近距星系外，絕大多數星系因距離遙遠，呈現為暗弱的小面光源，其微小程度甚至接近於點源。要取得它們的光學觀測資料，必須用大口徑望遠鏡和高效能輻射接收裝置，而對百億光年的深空探索還得配備強光力廣角設備。要掌握河外天體的射電天圖，則必須有大型的射電煜擤o並且還要具備能與光學成像相稱的射電分辨技術。河外星系世界的非熱輻射和高能過程，正吸引著全球的大型射電儀器和空間探測裝置。當代威力強大的各個波段的望遠鏡都把河外天體作為重要的觀察對象，以期在這方面獲得更大的進展和突破。星系天文學的主要研究手段是天體物理方法和射電天文方法。此外，星系動力學和統計天文學也是重要的研究工具。