《談天說文》星星島國

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星星島國是一大群星星聚集而成的獨立王國，我們的銀河是其中的一國。在哈柏之前，大家認為銀河就是宇宙，但哈柏發現銀河外頭還有星星島國，這些星星島國是由數十億、數百億甚至千億顆星星聚集而成，天文學家給了個專業的說法，稱之為星系。

圖一、哈柏音叉圖 圖／維基百科



哈柏測量仙女座星系之後，發現宇宙有許多看似雲氣，卻是座落在我們銀河外的星星島國。由於星系的距離實在很遠，因此哈柏先從各個星系的外型分類開始，這就像根據外表打扮對男士分類，分成型男、宅男和邋遢男。哈柏在觀測許多星系之後，根據星系的長相分出三大類：看似橢圓的橢圓星系、螺旋狀的螺旋星系以及棒旋星系，其他形狀的全當成不規則星系。棒旋星系和螺旋星系一樣，有著兩條美麗的螺旋臂，只不過棒旋星系的中心多了一根棒子。哈柏進一步對橢圓星系、螺旋星系和棒旋星系的外觀做了定量的分析，畫出了哈柏音叉圖（圖一）。

圖二、橢圓星系NGC1316 圖／European Southern Observatory



螺旋星系M81 圖／ASA／JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA


棒旋星系 NGC1365 圖／European Southern Observatory



橢圓星系（如圖二）還可以根據橢圓的程度細分出E0、E1，一直到E7，E0是近乎圓盤狀的星系，而E7是非常橢的橢圓。通常橢圓星系裡頭的星星年紀比較老，外觀沒有太大的變化，就像宅男一樣，不太受到重視。螺旋星系和棒旋星系則像是型男，特別引人注目。

圖三、一圈圈纏繞的螺旋臂




型男星系捕捉目光的利器是圍在四周的兩條螺旋臂，它是如此地幽雅，又充滿了神秘。天文學家知道整個螺旋星系像一只轉盤，盤面上的星星會繞著星系中心旋轉，若將螺旋臂想成一條彩帶，由中心向外延伸，螺旋星系自身的旋轉，就像跳著彩帶舞的舞者，不斷地旋轉，所帶動的彩帶會纏繞在四周，這時彩帶舞動的形狀就像星系的螺旋臂。不過螺旋臂若像彩帶一樣舞動，會很快地旋繞成一團，就像大理石蛋糕（圖三），這和望遠鏡看到的螺旋臂不同。華裔科學家林家翹院士和徐遐生院士（前清華大學校長）提出密度波理論解決這個難題，他們認為螺旋星系盤面上產生像聲波一樣的密度波，密度波在上頭傳播，形成了壯觀的螺旋臂。

哈柏原先想利用音叉圖來研究星系演化的先後順序，由於橢圓星系內的星星年紀較老，螺旋星系有較多的年輕星星，哈柏認為整個星系的演化是從橢圓星系演變成螺旋星系。但實際情況可能更加複雜，哈柏太空望遠鏡拍到早期宇宙的星系分佈，卻發現宇宙很早就有了螺旋星系，一些電腦模擬計算也發現螺旋星系的相互碰撞可以產生橢圓星系，這是哈柏當時無法想像的結果。

在星系分類中最不吸引哈柏目光的，要屬不規則星系，由於外觀沒有特徵，被早期天文學家打入冷宮。

圖四、馬車輪星系  圖／NASA/HST




最近最熱門的星系反倒是這些不規則星系，很多不規則星系被認為是星系碰撞的結果，例如馬車輪星系（圖四）。雖說碰撞，但和汽車相撞是大大不同，星系是千億顆星星的組合，星系碰撞就好似兩個學生班級的隊伍相互交錯，當中的星星不會像撞球般真正的撞在一起，但星星之間的萬有引力使得星系的長相有了很大的改變，這些改變會劇烈攪動整個星系，可能會引發新的星星誕生。

星系的研究也可以運用到宇宙學，宇宙大霹靂學說的重要證據之一就是和星系有關。周宣王為了求雨，解救蒼生，於是詩經寫下了譗倬彼雲漢，昭回于天豃，天文學家為了求得宇宙的起源演化，需要更多的雲漢，才能一窺天之奧秘，瞭解我們的宇宙。