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第三章 天體系統
3.1 宇宙中的星系
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星系的演變
按照宇宙大爆炸理論，第一代星系大概形成于大爆炸發生后十億年。在宇宙誕生的最初瞬間，有一次原始能量的爆發。隨著宇宙的膨脹和冷卻，引力開始發揮作用，然后，幼年宇宙進入一個稱為“暴漲”的短暫階段。原始能量分布中的微小漲落隨著宇宙的暴漲也從微觀尺度急劇放大，從而形成了一些“溝”，星系團就是沿著這些“溝”形成的。
　　
“哈勃深空”照片
　　哈勃太空望遠鏡拍攝的遙遠的年輕星系照片，其中包含有正在形成中的星系團（原星系）。
　　十八個正在形成中的星系團的單獨照片。每個團快距地球約一百十億光年。
　　著名的“哈勃深空”照片。展示了一千多個在宇宙形成后不到十億年內形成的年輕星系。
　　哈勃深空圖片。箭頭所指的可能是迄今為止發現的最遙遠的星系。
　　阿貝爾2218星系群。照片反映了宇宙中的“引力透鏡”現象。
　　兩個相鄰的星系NGC1410、NGC1409因引力作用而互相吸取物質。
　　隨著暴漲的轉瞬即逝，宇宙又回復到如今日所見的那樣通常的膨脹速率。在宇宙誕生后的第一秒鐘，隨著宇宙的持續膨脹冷卻，在能量較為“稠密”的區域，大量質子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。一百秒后，質子和中子開始結合成氦原子核。在不到兩分鐘的時間內，構成自然界的所有原子的成分就都產生出來了。大約再經過三十萬年，宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的云。不久，星系就在其中形成了。大爆炸發生過后十億年，氫云和氦云開始在引力作用下集結成團。隨著云團的成長，初生的星系即原星系開始形成。那時的宇宙較小，各個原星系之間靠得比較近，因此相互作用很強。于是，在較稀薄較大的云中凝聚出一些較小的云，而其余部分則被鄰近的云所吞并。
　　同時，原星系由于氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星系的質量變得越大，它們吸引的氣體也就越多。一個個云團各自的運動加上它們之間的相互作用，最終使得原星系開始緩慢自轉。這些云團在引力的作用下進一步坍縮，一些自轉較快的云團形成了盤狀；其余的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質后，便在其中開始形成恒星。這時的宇宙面貌與今天便已經差不多了。星系成群地聚集在一起，就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體云中，這樣的星系團和星系際氣體伸展成纖維狀的結構，長度可以達到數億光年。如此大尺度的星系的群集在廣闊的空間呈現為球形。

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