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26.E：星系（练习）

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    为了进一步探索

    文章

    安德鲁斯，B. “星系想告诉我们什么？” 天文学（2011 年 2 月）：24。 介绍我们对不同类型星系的形状和演变的理解。

    Bothun，G. “超越哈勃序列。” 天空与望远镜（2000 年 5 月）：36。 哈勃分类方案的历史和更新。

    克里斯蒂安森，G. “掌握宇宙。” 天文学（1999年2月）：60。 简要介绍哈勃的生活和工作。

    达尔坎顿，J. “被忽视的星系。” 《天空与望远镜》（1998 年 4 月）：28。 在低亮度星系上，这些星系很容易被错过。

    弗里德曼，W. “宇宙的膨胀速度和规模。” 《科学美国人》（1992年11月）：76。

    Hodge，P. “银河系外距离量表：终于达成协议了？” 天空与望远镜（1993 年 10 月）：16。

    琼斯，B. “埃德温·哈勃的遗产。” 天文学（1989 年 12 月）：38。

    Kaufmann，G. 和 van den Bosch，F. “星系的生命周期。” 《科学美国人》（2002年6月）：46。 论星系演化及其如何导致不同类型的星系。

    Martin，P. 和 Friedli，D. “在禁星系之心。” 《天空与望远镜》（1999 年 3 月）：32。 在封闭的螺旋上。

    奥斯特布罗克，D. “埃德温·哈勃与膨胀的宇宙。” 《科学美国人》（1993年7月）：84。

    Russell，D. “从赖特到哈勃的岛屿宇宙。” 天空与望远镜 (1999 年 1 月) 56. 我们发现星系的历史。

    Smith，R. “重温大辩论。” 天空与望远镜（1983 年 1 月）：28。 关于沙普利-柯蒂斯关于银河系范围和其他星系存在的辩论。

    网站

    美国广播公司的距离：http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm。 天文学家内德·赖特（Ned Wright）简要总结了我们在天文学中使用的所有不同距离方法。

    1929 年《宇宙时报》：http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/onl...mic/index.html。 美国宇航局的项目解释了哈勃的工作和周围的发现，就好像你在读报纸上的文章一样。

    埃德温·哈勃：名字背后的人：https://www.spacetelescope.org/about...hind_the_name/。 来自哈勃太空望远镜人员的简明传记。

    埃德温·哈勃：http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee...ge_hubble.html。 哈勃的学生兼继任者艾伦·桑德奇（Allan Sandage）撰写的关于哈勃生活和工作的文章。 在某些地方有点技术性，但要真实地描绘人与科学。

    NASA Science：星系简介：http://science.nasa.gov/astrophysics... -are-galaxies/。 包含其他页面的链接的简要概述，以及哈勃太空望远镜最近的发现。

    国家光学天文台星系画廊：www.noao.edu/image_gallery/galaxies.html。 有关不同类型的星系和星系群的图像和信息的集合。 另一个令人印象深刻的档案可以在欧洲南方天文台现场找到：https://www.eso.org/public/images/ar...gory/galaxies/。

    斯隆数字天空调查：星系简介：http://skyserver.sdss.org/dr1/en/ast...s/galaxies.asp。 另一个简短的概述。

    宇宙扩张：http://hubblesite.org/newscenter/arc...leases/1999/19。 这里的背景材料提供了一个很好的时间顺序，说明了我们如何发现和测量宇宙的膨胀。

    视频

    埃德温·哈勃（Hubblecast 第 89 集）：http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast89a/。（5:59）。

    Galaxies：简介：https://www.youtube.com/watch?v=HYYgangrkZg。 几个欧洲短视频的汇编，这些视频首先描述了一般的星系，然后重点介绍了哈勃望远镜图像中的星系（12:48）。

    哈勃的《深层宇宙观》：https://www.youtube.com/watch?v=argR2U15w-M。 太空望远镜科学研究所的布兰登·劳顿在2015年发表的关于星系及其他地区的公开演讲（1:26:20）。

    协作小组活动

    1. 在上个世纪的大部分时间里，位于山上的100英寸望远镜 威尔逊（1917 年完工）和帕洛玛山上的 200 英寸望远镜（1948 年完工）是唯一足以获得微弱星系光谱的望远镜。 只有少数天文学家（都是男性——因为直到1960年代，女性没有时间使用这两台望远镜）被允许使用这些设施，而且总的来说，观测者没有相互竞争，而是研究不同的问题。 现在还有许多其他望远镜，而且有几个不同的小组经常研究同样的问题。 例如，两个不同的小组独立开发了使用超新星确定与高红移星系距离的技术。 你认为哪种方法更适合天文学领域？ 哪个更具成本效益？ 为什么？
    2. 一位远亲说，他不相信其他星系是由恒星组成的，你邀请他共进晚餐，这样你就可以分享你在天文课上学到的所有激动人心的东西。 你回到你的小组，请他们帮你回应。 你会进行什么样的测量来证明其他星系是由恒星组成的？
    3. 与您的小组一起查看章节缩略图。 螺旋臂和仙女座凸起之间的颜色差异告诉你关于居住在银河系这两个区域的恒星类型的差异？ 银河系的哪一边离我们更近？ 为什么？
    4. 你对读到关于宇宙膨胀的发现有何反应？ 讨论小组成员对 “运动中” 宇宙的感受。 爱因斯坦对宇宙有某种整体运动而不是处于静止状态的概念感到不满意。 他在整个宇宙的广义相对论方程中加入了一种 “软糖因子”，以防止宇宙移动（尽管后来听说哈勃和胡马森的作品，他称之为他犯过的 “最大的错误”）。 你是否同意爱因斯坦最初的感觉，即这不是你觉得舒服的那种宇宙？ 你认为什么可能导致空间扩大？
    5. 在科幻小说中，角色有时会谈论访问其他星系。 与您的小组讨论这个想法有多现实。 即使我们有快速的太空飞船（接近光速，宇宙的速度极限），我们到达另一个星系的可能性有多大？ 为什么？
    6. 尽管他的儿子在大学时对天文学很着迷，但埃德温·哈勃的父亲不希望他进入天文学专业。 他真的想让儿子成为一名律师，当他获得出国留学奖学金时，他迫使他努力学习法律。 哈勃最终违抗了他的父亲，进入了天文学领域，正如你在本章中学到的那样，他成为了有史以来最重要的天文学家之一。 他的父亲没有活着看到儿子的非凡成就。 你认为如果可以的话，他会接受儿子的职业选择吗？ 你或你的团队中或朋友中的任何人是否需要在你内心的激情和别人想要你做的事情之间做出选择？ 讨论当今大学里的人是如何应对这样的选择的。

    查看问题

    1. 描述螺旋星系、椭圆星系和不规则星系的主要区别特征。
    2. 为什么花了这么长时间才确定其他星系的存在？
    3. 解释质量光比是多少，以及为什么在具有恒星形成区域的螺旋星系中质量与光比比在椭圆星系中要小。
    4. 如果我们现在意识到矮椭圆星系是最常见的星系类型，为什么它们这么长时间没有引起我们的注意？
    5. 测量与附近螺旋星系的距离的两种最佳方法是什么？如何测量？
    6. 测量与遥远、孤立的螺旋星系的距离的两种最佳方法是什么？如何测量？
    7. 为什么哈勃定律被认为是天文学史上最重要的发现之一？
    8. 说宇宙正在膨胀意味着什么？ 什么在扩张？ 例如，你的天文学教室正在扩建吗？ 是太阳系吗？ 为什么或者为什么不呢？
    9. 哈勃最初对仙女座星系距离的估计是否正确？ 解释一下。
    10. 椭圆星系会像螺旋星系一样旋转吗？ 解释一下。
    11. 为什么在边缘观察时，螺旋星系的圆盘会显得很暗？
    12. 是什么原因导致了最大的质量与光比：气体和尘埃、暗物质或烧毁的恒星？
    13. 确定与星系距离的最有用的标准灯泡方法是什么？
    14. 比较两个具有相同视觉亮度但旋转速度不同的孤立螺旋星系时，关于它们的相对亮度，你能说出什么呢？
    15. 如果所有遥远的星系都在向远离我们扩张，这是否意味着我们处于宇宙的中心？
    16. 哈勃常数真的恒定吗？

    思想问题

    1. 椭圆星系中的气体和尘埃（如果有的话）可能来自哪里？
    2. 为什么我们不能用测量恒星视差的相同方法来确定与星系的距离？
    3. 哪个更红——螺旋星系还是椭圆星系？
    4. 假设椭圆星系中的恒星都在宇宙开始后不久的几百万年内形成。 假设这些恒星有一定质量范围，就像我们自己星系中的恒星一样。 在接下来的几十亿年中，椭圆机的颜色将如何变化？ 它的亮度会如何变化？ 为什么？
    5. 从确定地球的大小开始，概述获得与偏远星系团的距离所必需的一系列步骤。 （提示：请查看 “天体距离” 一章。）
    6. 假设银河系是真正孤立的，在 1 亿光年内没有其他星系存在。 假设在距离超过1亿光年的范围内观测到的星系数量更多。 为什么要确定与这些星系的精确距离要比附近还有星系更困难呢？
    7. 假设你是哈勃和胡马森，正在研究星系的距离和多普勒偏移。 你需要做什么样的事情才能说服自己（和其他人）相信你所看到的两个数量之间的关系是宇宙行为的真实特征？ （例如，来自两个星系的数据足以证明哈勃定律吗？ 仅来自最近的星系（天文学家称之为 “局部群体”）的数据就足够了吗？）
    8. 如果一个椭圆星系的光谱线比另一个椭圆星系更宽，这意味着什么？
    9. 根据你在第 26.3 节表\(26.3.1\)中对星系的分析，恒星的数量与气体或尘埃的数量之间有相关性吗？ 解释为什么会这样。
    10. 更高的质量光比是否意味着正在分析的系统中存在气体和粉尘？

    自己搞清楚

    1. 根据哈勃定律，距离我们\(10^8\)光年的星系的衰退速度是多少？ （假设哈勃常数为每百万光年 22 km/s。）
    2. 观察到星系团的衰退速度为 60,000 km/s。找出与星团的距离。 （假设哈勃常数为每百万光年 22 km/s。）
    3. 假设我们可以使用第 26.4 节表\(26.4.1\)中列出的距离技术之一来测量到星系的距离，结果是 2 亿光年。 银河系的红移告诉我们它的衰退速度为 5000 km/s。哈勃常数是多少？
    4. 计算亮度为 106 的球状星团\(L_{\text{Sun}}\)和\(10^5\)恒星的质光比。 （假设此类星团中一颗恒星的平均质量为 1\(M_{\text{Sun}}\)。）
    5. 计算亮度为 100 的发光恒星的质量\(M_{\text{Sun}}\)与光的比\(10^6\)\(L_{\text{Sun}}\)。