在宇宙中除了我们的银河系之外,还存在着许许多多与我们银河系相类似的恒星系统。在浩瀚的宇宙中,人们可以看到一些模糊不清的云雾状天体,过去把它统称为星云,通过不断的研究,现今认为这些星云中,有些是由银河系内的气体和尘埃物质组成的,称为河内星云,简称星云。例如猎户座大星云就是河内星云。而另一些则是在银河系之外,类似银河系的庞大的恒星集团。由于这些恒星集团和我们的距离太过遥远,更加看不清楚,表面上看去也是一片云雾状的天体,人们将它称为河外星云或河外星系。例如仙女座大星云。根据现今的估计,在银河系周围5亿光年的范围内,大约有1亿个河外星系;而河外星系的总数约10亿个。其中离银河系最近的小麦哲伦星系距离我们约19万光年,大麦哲伦星系距我们约16万光年,这两个星系只能在地球上南半球高纬度地区可见,它们是航海家麦哲伦作环球航行时,于1520年在南美洲南部发现的。而在地球上北半球可见的最亮的河外星系,是称为仙女座的旋涡状大星云,它像银河系一样呈扁平的铁饼状,如果它斜对着我们,就成了拉长的椭圆形,它也是距离我们最近的河外星系之一,但是,离我们仍有200多万光年!

河外星系按其组成和形状等特点,可分为三大类：①旋涡星系(包括棒旋星系)、椭圆星系和不规则星系。根据600个星系的取样统计分析,旋涡星系约占80%,椭圆星系约占17%,不规则星系约占3%,银河系和仙女座大星系都属于旋涡星系,大、小麦哲伦星系属于不规则星系。而每种星系的外形又是千姿百态的。

(1)特殊的河外天体——类星体

类星体是20世纪60年代天文学家的重大发现之一。人们通过对宇宙“射电源”(辐射较强烈的无线电波的天体)的观测和研究,发现了第一个类星体。它是一种光学上既像恒星又非恒星的新型天体。有人认为类星体属河外星系,又简称“QSO”(即类似恒星的天体)。随着射电技术的进步,人们发现了越来越多的宇宙射电源。随着大型干涉仪器的投入使用,射电定位的精确度得到了极大提高,使得与射电源相应的光学天体的认证工作取得了很大进展,从而在很多射电源位置上发现了一类新型的光学天体,它们是单个天体,在光学望远镜里看起来呈现为一个光点,有点像恒星,但与恒星又有很大的不同。人们把它们称为“类星射电源”。

除了类星射电源之外,后来又发现了一大批天体,它们的光谱与类星射电源很相像,也是单个天体,但没有像类星射电源那样的射电辐射,却有强烈的紫外线辐射,它们是一类射电宁静的天体,人们把这两类天体统称为“类星体”。从目前的统计结果可知,约有25%类星体是从观测射电源中发现的。到目前为止所发现的类星体已有上千颗,仅我国天文学家何香涛一人就独自观测到其中的三分之一以上。

宇宙间有许多射电源,太阳就是很靠近我们的一个。类星体离我们十分遥远,它是一种体积小而辐射能量极大的天体。它具有以下四个特征：

第一是有最大的红移。目前观测到的最大红移量Z=4.73,这意味相应的类星体以光速的95%退行,同时类星体还存在多重红移。

第二是有最远的距离。根据D=cZ/H(D表示距离,c表示表光速,Z表示红移量,H表示哈勃常数)这一公式推算,估计类星体距我们达100亿～200亿光年。类星体被认为是目前已知的最遥远天体,有人把它看成是一个极为活跃的星系核,并非属于恒星。

第三是有最大的质量。对于类星体的直径估算值,仅小于等于1光年,但质量相当于太阳质量的1012倍,它比直径为10万光年的银河系的总质量还大10倍,实在是令人十分惊奇!

第四是有最大的能量。遥远的类星体辐射总光能比整个银河系的总光能还要大百倍以上,用现今一切能源机制,包括核能在内都无法解释。例如3C272的星等约为12.8,而太阳的绝对星等也只有4.9。如此遥远却又这般明亮,实在令人费解。总之,类星体是谜一般的天体。(www.daowen.com)

对类星体红移特征的发现,是人类对天体演化认识的一大进步,对于类星体的这些特征,天体物理学家也存在不同的看法,有的还有待进一步观测探究。

(2)对总星系的认识

宇宙间各类天体互相吸引,彼此绕质心旋转而构成了天体系统。一般情况下,次一级天体系统又围绕高一级天体系统旋转。例如,地月系统围绕共同质心旋转,并绕太阳旋转,而太阳又携带着太阳系成员绕银河系质心旋转……到目前为止,人类认识到的天体系统层次大致如下：

①地月系：由地球和月球组成,月地平均距离38.44万千米。②太阳系：由中心天体及其周围小天体组成,太阳到冥王星平均距离约40AU(AU表示天文单位,1AU=1.496×108km。而日地平均距离即可表示为1AU,据此可推知太阳系的引力范围可达1.5×105 AU)。③银河系：由大约1000亿颗恒星组成(含太阳系)的恒星集团、10万光年为直径的天体系统。④星系群：以银河系为中心,半径约300万光年的空间,包含约40个星系组成的星系群体,称为本星系群。除银河系之外,仙女座大星系、三角星系、大小麦哲伦星系等属于本星系群的成员。⑤星系团：比星系群更大的成团的星系结构称为星系团。一个星系团可由几十个甚至成百上千个星系群组成,截止目前已发现了约1万个星系团。离我们最近的最著名的星系团是室女座星系团,距离我们约6000万光年,直径约850万光年,包括本星系群在内的2500个星系。⑥超星系团：就是比星系群和星系团更高一级的星系结构,其直径可达2亿～3亿光年。其中包括本星系群在内的超星系团,又称本超星系团,它的中心是室女座星系团,而银河系所在的本星系群只处于边缘。

当前所观测到的最远距离的星体(类星体)距我们360亿光年。在这个以360亿光年为半径的宇宙空间范围内,所有星系的总称为总星系。从当前的观测估计,总星系的星系数目可达10亿个以上。总星系是当今人类观测能力所及的宇宙范围,也是目前人类认识到宇宙间最高层次的天体系统,是现代宇宙学研究的重要对象。人类通过星系计数的微波背景辐射测量证明,总星系的物质和运动分布,在统计上是均匀的,各向同性的。现在已观测到的宇宙空间,暂时定名为总星系。但随着观测手段的进步和人类对自然认识能力和水平的不断提高,总星系的范围将会不断扩大。

宇宙空间中的一些特殊的奇异天体,除了类星体、中子星、脉冲星之外还存在着一些星际分子。过去人们认为恒星与恒星之间这个广袤的星际空间,是一无所有的“真空”。由于超低温、超高真空,特别是超强度辐射的离解作用,原子很难结合成分子,即使结合成分子也会被离解,寿命很短。因此,星际分子即使有也只是极简单的分子。在20世纪30年代末,虽然有科学家在星际空间发现过甲氘、甲氘离子、氰基三种自由基,但那时根本没有引起人们的重视,到了20世纪60年代,人们先后发现了几十种星际分子的射电谱线。到目前为止已发现的星际分子,种类繁多,有无色、无味、无臭的水分子;也有带臭味的氨分子;有无机分子,也有有机分子。据统计分析,已经发现的星际分子由碳、氢、氧、硅、氮、硫六种元素组成。其中有机分子差不多占80%。特别是一系列结构复杂的共轭多键有机分子和多糖分子的发现,引起了人们的重视,有人称这些分子是生命前分子。这些观测所得的结果,可能丰富和发展人类对宇宙、天体演化、银河系的结构、地球的起源和演化以及生命的起源等诸多方面的认识。

(3)有关3K微波辐射

过去人们一般都认为,广阔无垠的星际空间是一无所有的,也是无限空虚无物的,不可能存在着能量辐射,而且星际空间中,温度也只可能是绝对零度(即-273℃)。1965年美国的物理学家彭齐亚斯和威尔逊利用微波探测器首先发现了微波辐射,为此他们获得了诺贝尔奖。此后人们不断在微波波段探测到了具有热辐射性质的宇宙背景辐射,此辐射相应的温度大约是3K。这也是就说,天体和天体系统所在的周围环境也有能量辐射。