星系是怎样形成的
大约在100年前，当时的科学家们受观测技术的限制，认为整个宇宙就是由太阳系所在的银河系组成的。而那些不能在天象图中被确认为恒星且规模不大的模糊斑迹，就被称作“星云”，它们曾被看作是银河内气体物质所组成的云团，或许是遥远的太阳系的雏形。
随着测量距离的方法和精度的改善，在20世纪20年代，天文学家对上述有关“星云”的观点做了重大修正：许多星云其实是无穷远处由若干单个恒星组成的星团。此外，人们还认识到，这些遥远的星系都在远离我们，所以在不断膨胀的宇宙中的众多星系中，我们的银河不过是普通的一员而已。这一惊人的发现也引发了新的问题，它们同样困扰了天文学家几十年：星系，究竟源自何处？
星系的形成过程
宇宙在大爆炸时体积被认为是零，所以是无限热的。但是随着宇宙的膨胀，辐射的温度会降低。温度在大爆炸后的1秒钟降低到约100亿℃，这大约是氢弹爆炸达到的温度，亦即太阳中心温度的1000倍。此刻，宇宙主要包含光子、电子和中微子（极轻的粒子，只受弱力和引力的作用）和它们的反粒子，还有一些质子和中子。
然后宇宙不断膨胀，温度继续降低，在碰撞中，电子、反电子对的产生率逐渐低于它们湮灭率。这样就只剩下很少的电子了，而大部分电子和反电子则会相互湮灭，产生出更多的光子。然而因为这些粒子和它们自己及其他粒子的作用都非常微弱，中微子和反中微子并没有互相湮灭掉，直到今天它们应该仍然存在。只要我们能够观测到它们，就可以为早期宇宙阶段的图象提供证据，但我们根本不能直接地观察到，因为它们的能量太低了。
在大爆炸后的大约100秒，温度就降到了10亿℃，也即最热的恒星内部温度。质子和中子在这个温度下不再有足够的能量摆脱强核力的吸引，所以开始结合，氘（重氢）的原子核产生了。氘核中有一个质子和一个中子，然后氘核和更多的质子中子相结合，形成氦核，它包含2个质子和2个中子，还可以产生少量的2种更重的元素锂和铍。可以计算出，在热大爆炸模型中，大约1/4的质子和中子转变了氦核，还有少量的重氢和其他元素。所余下的中子会衰变成质子，也就是通常氢原子的核。
大爆炸后的几个钟头之内，氦和其他元素就不再产生了。之后的100万年左右，宇宙没有其他变化，仅仅只是继续膨胀。最后，一旦温度降低到几千度，电子和核子没有足够能量去抵抗它们之间的电磁吸引力，它们就开始结合，形成原子。作为整体，宇宙继续膨胀变冷，但如果一个区域略比平均更密集，由于额外的引力吸引膨胀就会慢下来，在一些区域内膨胀还会最终停止，还会开始坍缩。当它们坍缩时，在这些区域外的物体的引力拉力使它们开始很慢地旋转；当坍缩的区域变得更小，它会自转得更快。
最终，如果这些区域变得足够小，自转的速度就足以平衡引力的吸引，而碟状的旋转星系就诞生了。而另外一些区域刚好没有得到旋转，就形成了椭球状物体，叫做椭圆星系。之所以这些区域会停止坍缩，是因为星系整体并没有旋转，只是星系的个别部分稳定地绕着它的中心旋转。
随着时间流逝，星系中的氢和氦气体被分割成更小的星云，受到自身引力的作用开始坍缩。收缩时，它们的原子相碰撞，气体温度升高，直到最后可以引发热骤变反应。这些反应将更多的氢转变成氦，释放出的热升高了压力，因此使星云不再收缩，但在这种状态下它们会稳定地停留很长时间。质量更大的恒星需要变得更热，以便与它们更强的引力平衡，使得其核聚变反应进行得极快，以至于在1亿年这么短的时间里它们将氢用光。然后，它们会稍微收缩，进一步变热，开始将氦转变成更重的像碳和氧这样的元素。但是，这一过程并没有释放出太多的能量，所以我们还是不完全清楚下面发生了什么。
星系的特点
星系在宇宙中比比皆是，在现代技术可及的地方，我们仍可以找到星系。据统计，现在可以观测到的宇宙空间里，我们大约可以找到10多亿个星系，但其中肉眼能看到的只有3个，分别是秋季星空中的仙女座大星云，以及南半球居民比较容易看到的大麦云和小麦云。
星系的大小不一，最小星系的恒星大约只有几百万颗，离我们稍远一点就很难发现，最大的星系则相当于几百个我们的银河系。
星系的外形和结构是多种多样的，按星系的形态一般可分为旋涡星系、椭圆星系、棒旋星系和不规则星系。近些年，又有许多特殊星系被发现，如塞佛特星系，这个旋涡星系具有十分明亮的中心区，光谱中有强而宽的发射线；有的星系核心很亮，近于星状，称为N型星系；有些星系称为致密星系，看起来完全像恒星，只有在光谱中才显示出其星系的性质；有些星系被称为爆发星系，不仅在外形上显示出爆发形成的喷射纤维，而且喷射物高速运动；等等。有人把看起来像个恒星状天体，但紫外辐射很强的类星体也归入星系，把它看做是一种特殊类型的星系。
星系的四大种类
椭圆星系是河外星系的一种，也叫椭球星系，呈圆球型或椭球型。中心区最亮，向边缘亮度递减，通过大型望远镜，可对距离较近的分辨出外围的成员恒星。相同类型的河外星系被划分为巨型和矮型，质量差别特别大，其中差别最大的是椭圆星系的质量，质量最小的矮椭圆星系与球状星团差不多，而宇宙中最大的恒星系统可能是质量最大的超巨型椭圆星系，质量大约为太阳的千万倍到百万亿倍。椭圆星系的直径范围是1～150千秒差距，总光谱型为K型，是红巨星的光谱特征。椭圆星系根据哈勃分类，按其椭率大小分为E0、E1、E2、E3、……、E7共8个次型，E0型是圆星系，E7是最扁的椭圆星系。
旋涡星系是具有旋涡结构的河外星系，在哈勃的星系分类中用S代表。最早是在1845年观测猎犬座星系M51时发现旋涡星系的，具有透镜状的中心区域，扁平的圆盘围绕在周围，若干条螺线状旋臂从隆起的核球两端延伸出来，叠加在星系盘上，有正常漩涡星系和棒旋星系两种。正常漩涡星系按哈勃分类又分为 a、b、c3种次型：Sa型中心区大，紧卷旋臂稀疏地分布着；Sb型中心区较小，旋臂大并较开展；Sc型为小亮核中心区，旋臂大而松弛。除高光度O、B型星、超巨星、电离氢区集聚在旋臂上外，同时星系盘上还分布有大量的尘埃和气体。当从侧面看去，在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。漩涡星系通常有星系晕，是一个笼罩整体的、结构稀疏的晕。漩涡星系的质量为太阳质量的10亿～10000亿倍。
中心呈长棒形状的螺旋形星系称为棒旋星系，一般的螺旋形星系是有圆核的中心，而棒旋形星系的中心是棒形状，棒的两边向外伸展有旋形的臂。
外形不规则，没有明显的核和旋臂称为不规则星系，是没有盘状对称结构或看不出有旋转对称性的星系，以字母Irr表示。不规则星系在全天最亮星系中仅占5%。按星系分类法，不规则星系分为Irr I型和Irr II型两类。I型是十分典型的不规则星系，除了有以上所述的一般特征外，有的还隐约可见不太规则的棒状结构。它们是质量为太阳的1亿～10亿倍的矮星系，有的甚至高达太阳质量的100亿倍。体积小，长径的幅度为2～9千秒差距。II型的很难分辨出恒星和星团等组成成分，具有无定型的外貌，且有明显的尘埃带。一部分II型不规则星系可能是正在爆发或爆发后的星系，另一些则是在受伴星系的引力扰动下扭曲了的星系。所以I型和II型不规则星系可能有完全不同的起源。
相关链接——星团和星云
除了单个的形式，或组成双星、聚星的形式，在银河系众多的恒星中也有以更多的星聚集在一起的。超过10颗以上星数，并且彼此具有一定联系的恒星集团，称为星团，引力使这些恒星团结在一起。星团多的可达几十万颗成员，它们又可以分成两类：疏散星团和球状星团。银河系中遍布着星团，只是不同的地方星团的种类也不同。
所谓星云，则是一种云雾状天体，是由星际空间的气体和尘埃组成的。星云中的物质密度非常低，有些地方与地球相比几乎就是真空的。但星云的体积非常庞大，往往方圆达几十光年。因此，一般星云比太阳还要重得多。有的星云呈弥漫状，形状很不规则，没有明确的边界，叫弥漫星云；有的星云淡淡发光，像一个圆盘，很像一个大行星，所以称为行星状星云，总之星云的形状千姿百态。
神秘而美丽的银河系
银河系，是地球和太阳所属的星系。因为它的主体部分投影在天球上的亮带，因此被称为银河而得名。
侧看银河系，它就像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，而太阳位于距银河中心2.3万光年处。鼓起处被称为银心，是恒星的密集区，因此望去是白茫茫的一片。俯视银河系，它又像一个巨大的漩涡，由4个旋臂组成，而太阳系则位于其中一个旋臂（猎户座臂），按逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周需要2.5亿年）。
怎样发现的银河系
发现银河系经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用它观测了银河，发现银河是由众多恒星组成的。在这以后，许多天文学家通过观测认为，银河和全部恒星可能集合成一个了庞大的恒星系统。
F.W.赫歇尔在18世纪后期，用自制的反射望远镜开始进行恒星计数，以确定恒星系统的大小和结构。他断言，恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心距离不远。
在20世纪初，天文学家将以银河为表观现象的恒星系统称为银河系，并根据统计视差的方法测定出恒星的平均距离，结合恒星计数得出了一个银河系的模型。在此模型里，太阳在中间位置，银河系呈圆盘状，直径8000秒差距，厚2000秒差距，并测定了球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。但是天文学家们通过研究发现，太阳不在银河系的中心，银河系是一个透镜状的恒星系统。
银河系的结构与特点
太阳系在银河系的恒星系统中，大约包含2000亿颗星体，其中恒星大约1000多亿颗，太阳就是其中比较典型的一颗。银河系有旋臂，旋臂主要由星际物质构成，4条旋臂分别是人马臂、猎户臂、英仙臂和天鹅臂，而太阳位于猎户臂内侧。
银河系是一个非常大的螺旋状星系，它有3个主要部分组成：包含旋臂的银盘，中央突起的银心和晕轮部分，总质量是太阳质量的1400亿倍。在银河系里，很多恒星都聚集在一个扁球状的空间范围内，扁球体的中间突出部分叫“核球”，半径大约是7000光年；核球的中部叫“银核”，四周叫“银盘”。有个更大的球形在银盘的外面，那里恒星少，密度也小，因而被称为“银晕”，直径约为70000光年。
银河系属于具有旋涡结构的星系，有两个旋臂和一个银心，两旋臂距离约为4500光年，距银心的远近造成各部分的旋转速度和周期有所差异。太阳距银心约2300光年，以250千米/秒的速度围绕银心运转，运转的周期约为2.5亿年。
银河系的物质约有90％集中在恒星内部。恒星按照物理性质、化学组成、空间分布和运动特征，可划分为5个星族，最年轻的极端星族Ⅰ恒星主要分布在银盘里的旋臂上；最年老的极端星族Ⅱ恒星则主要分布在银晕里。
银河系中除了大量的双星外，还有1000多个星团，另外还有气体和尘埃，含量约占银河系总质量的10％。气体和尘埃分布不均匀，有的散布在星际空间，有的聚集为星云。
银河系的核心叫做银心或银核，是个十分特殊的地方，能发出很强的射电、红外，X射线和γ射线辐射等。那里还可能有一个质量可达到太阳质量250万倍的巨型黑洞。
银河系也有自转。太阳系以每秒250千米的速度围绕银河中心旋转，旋转一周约2.2亿年。
一般认为，银河系中的恒星多为双星或聚星。但2006年新的发现认为，银河系的单星占主序星中的2/3。
银河系的年龄问题，现在占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法推算出，我们银河系的年龄大概 在145亿岁左右。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前。
延伸阅读——河外星系
在17世纪时，人们先后发现了一些称之为“星云”的朦胧的天体。有的星云是气体的，有的则像银河系一样，是由很多恒星组成的。
美国天文学家哈勃于20世纪20年代在仙女座大星云中发现了一种叫做“造父变星”的天体，因此计算出星云的距离，最后确定它是银河系以外的天体系统，所以它们被为“河外星系”。
河外星系，是处于银河系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的天体系统。目前已发现大约10亿个河外星系，我们的银河系也只是一个普通的星系。根据估计，河外星系的总数在千亿个以上，因为它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿，所以也被称为“宇宙岛”。
反观我们的银河系，它仅仅是一个普通的星系，是庞大星系家族中的一员，是宇宙海洋中的一个小岛，是无限宇宙中很小的一部分。
