十万个为什么：星系大家族里有些什么成员

1998年10月8日，科学家用哈勃望远镜发现了迄今最遥远的星系。说起星系，你可知道，星系大家族里有些什么成员呢？

美国天文学家哈勃在他1936年出版的《星云世界》一书中，绘制了一幅今天被称为“哈勃序列”或“哈勃音叉”的星系分类图。

哈勃首先把星系分成椭圆星系和旋涡星系。椭圆星系，顾名思义，呈现椭圆的形态，其成员恒星通常都为老年恒星，气体和尘埃成分很少，因此也不再形成新的恒星。椭圆星系的质量差别很大，最小的矮椭圆星系只有几百万倍太阳质量，而巨椭圆星系的质量则超过1万亿倍太阳质量，它们一般位于星系团的中心。像M87那样的巨椭圆星系则是宇宙中最大的星系之一。在所有的星系中，椭圆星系占10%～15%，大多分布在规则的富星系团中心附近。在“哈勃音叉”图中，各类椭圆星系构成了“音叉”的“柄”。

“哈勃音叉”的“叉”是由旋涡星系构成的。旋涡星系最显著的特征就是旋涡结构——有几条从星系中央明亮的核球伸展出来的旋臂。旋臂富含气体和尘埃，仍在进行恒星形成的活动，在旋臂上的恒星大多比较年轻。由于旋涡星系通常呈扁平的盘状，盘的厚度只有直径的1/15左右，因此又称为盘星系。旋涡星系的质量介于10亿～1万亿倍太阳质量之间，可见光波段的星系盘直径从15 000光年至30万光年不等。已观测到的星系中超过一半是旋涡星系。

接下来，哈勃又把旋涡星系分为“正常旋涡星系”和中央带有棒状结构的“棒旋星系”，作为“音叉”的两个“叉”。正常旋涡星系的旋臂直接从核球伸展出来，棒旋星系的旋臂则从核中棒的两端伸展出来。我们的银河系就是一个典型的棒旋星系。在“叉”与“柄”的结合部，是形如透镜的“透镜状星系”。

早期人们误以为“哈勃序列”表征了星系的演化顺序，星系的演化是从“柄”端的椭圆星系向“叉”端的正常旋涡星系或棒旋星系演化的。因此称椭圆星系为“早型星系”，而称旋涡星系为“晚型星系”。现在天文学家知道实际情况并非如此。但“早型”和“晚型”的名称还是沿用下来。此外，不规则星系没有体现在“哈勃音叉”图中。

哈勃的“音叉”分类法简便可靠，是人类进行星系研究的基础。至今天文学家仍在使用哈勃的这种星系分类，可以毫不夸张地说，“哈勃音叉”图是对星系天文学影响最为深远的分类方法。

1959年，法国天文学家伏古勒扩展了哈勃星系分类的音叉图，他认为哈勃只根据旋臂缠绕松紧度和是否有棒状结构两个特征来划分旋涡星系的方法太简单了，不足以精确地描述全部观测到的星系形态，因此对哈勃的分类系统进行了细化。伏古勒星系形态分类大体沿袭哈勃分类系统，将星系分为椭圆星系、透镜状星系、旋涡星系和不规则星系。对于旋涡星系，伏古勒又以旋臂、环状结构和棒状结构三个特征将其划分为若干子类型。伏古勒系统可以理解为哈勃音叉图的三维拓展，它的x轴描述旋涡星系的旋臂，y轴描述旋涡星系的棒状结构，z轴描述星系的环状结构。

除了旋涡星系和椭圆星系，还有一些星系的形态不规则，缺乏对称性，而被统称为不规则星系，包括特殊星系、相互作用星系等。这些星系通常质量不大，只有一亿到百亿倍太阳质量。直到20世纪50年代中期，天文学家都一直忽视这些古怪星系的存在，但自那以后，人们认识到它们是理解星系演化的关键。