星系与星云：银河系结构、星系分类与恒星演化

银河系是一个棒旋星系，直径约 10 万光年，银盘厚度约 1,000 光年，包含约 1,000 亿至 4,000 亿颗恒星。太阳位于猎户臂内侧，距银心约 2.6 万光年——从位置上说，我们在银河系的"郊区"。

太阳绕银心公转一圈约需 2.3 亿年（一个"银河年"）。太阳已绕行约 20 圈，上一次太阳位于现在这个位置时，地球上还是三叠纪，恐龙刚刚出现。

银河系中心在人马座方向，那里有一个名为人马座 A* 的超大质量黑洞，质量约为太阳的 400 万倍。2022 年，事件视界望远镜（EHT）公布了它的图像。

为什么银河看起来是一条带子？因为我们身处银盘内部，沿着盘面望出去，视线穿过密集的恒星和尘埃，就形成了一条环绕天空的光带。往盘外方向看，恒星稀疏，就是大片黑暗。

星系的三种基本形态

哈勃在 1926 年提出按形态分类，后来被称为"哈勃音叉图"。虽然现代理解认为形态主要取决于角动量、气体含量和并合历史，但这个分类至今仍在使用。

银河系和仙女座星系都属于螺旋星系，而且两者正以约 110 km/s 相互接近，预计约 45 亿年后开始并合，最终形成一个椭圆星系。这个过程对地球影响极小——恒星之间距离太大，几乎不会发生碰撞。

可观测宇宙的直径是 930 亿光年，而宇宙只有 138 亿岁——这不矛盾：宇宙在膨胀，那些光发出时离我们更近，光在路上的 138 亿年里空间本身也在拉伸。

"星云"是个古老的笼统称呼，实际上包含性质完全不同的天体。

被附近高温恒星的紫外辐射电离，自身发光，通常呈红色（氢的 Hα 谱线）。代表：猎户座大星云 M42，距地球约 1,344 光年，是肉眼可见的最亮星云，也是恒星正在形成的区域。

自己不发光，靠反射和散射附近恒星的光。因为短波蓝光散射更强，通常呈蓝色。代表：昴星团周围的蓝色云气、女巫头星云。

浓密的尘埃遮挡了后方星光，呈现为黑色轮廓。代表：马头星云、煤袋星云。它们往往是恒星诞生的场所。

名字是历史误会——它与行星无关，是类太阳恒星死亡时抛出的外层气体壳，中心留一颗白矮星。代表：环状星云 M57、哑铃星云 M27。这类结构只存在几万年，在宇宙尺度上是一瞬间。

大质量恒星爆炸后的膨胀气体壳。代表：蟹状星云 M1（1054 年超新星遗迹，中国宋代有详细记录）、面纱星云。

分子云坍缩：冷而密的氢气云在引力作用下碎裂，形成原恒星。这个过程需要几十万年到上百万年。
主序阶段：核心温度和压力足以点燃氢聚变，恒星进入稳定期。太阳已在这个阶段度过 46 亿年，还将持续约 50 亿年。
红巨星或超巨星：核心氢耗尽后，外层膨胀、表面温度下降、颜色变红。太阳届时会膨胀到吞没水星和金星。
终局按质量分岔：
- 质量小于约 8 倍太阳：抛出行星状星云，留下白矮星。一茶匙白矮星物质约重数吨。
- 质量更大：核心坍缩引发超新星爆发，留下中子星（直径约 20 公里，一茶匙约重几十亿吨）或黑洞。

我们由恒星构成。碳、氧、铁、钙这些构成人体的元素，都产生于恒星内部的核聚变或超新星爆发。你身体里的每一个重原子，都曾经属于某颗早已死去的恒星。