第一节缥缈秘境——河外星系
1.星罗棋布——河外星系
河外星系作为更高一级的星系天体系统，因为距离我们十分遥远，所以赢得了星系“天外天”的美称。
河外星系，是位于银河系之外，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。
银河系也只是一个普通的星系。人们估计河外星系的总数在千亿个以上，它们如同辽阔海洋中纵横交错的岛屿，因而也被称为“宇宙岛”。
河外星系，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等。
17世纪，人们陆续发现了一些朦胧的天体，于是称它们为“星云”。有的星云是气体的；有的被认为像银河系一样，是由许许多多恒星组成的“宇宙岛”。由于距离地球太远，通过天文观测人们也分辨不清这些由大量恒星构成的朦胧天体。20世纪20年代，美国天文学家哈勃在仙女座大星云中发现了一种叫作“造父变星”的天体，从而计算出星云的距离，终于肯定它是银河系以外的天体系统，称它们为“河外星系”。
2.光年之间——河外星系的特征
在浩瀚无垠的河外星系之中，椭圆星系的大小差异很大，直径在3300多光年～49万光年之间；旋涡星系的直径一般在1.6万光年～16万光年之间；不规则星系直径一般在6500光年～2.9万光年之间。当然，由于星系的亮度总是由中心向边缘渐暗，外边缘没有明显界线，往往用不同的方法测得的结果也是不一样的。
星系质量一般在太阳质量的100万～10000亿倍之间。椭圆星系的质量差异很大，大小质量差竟达1亿倍。相比之下，质量居中，不规则星系一般较小。
河外星系内的恒星在运动，不仅星系本身也有自转，而且星系整体也在空间同样运动。星系在宇宙空间的总体分布是各个方向都一样，近于均匀。
但是从小尺度看，星系的分布又是不均匀的，与恒星的分布一样，有成团集聚的倾向，大麦哲伦星系和小麦哲伦星系组成双重星系。它们又和银河系组成三重星系，加上仙女座大星系等构成了本星系群。
作为庞大的天体系统来说，星系也是有形成、发展到衰亡的演化过程。星系从形态序列看有椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。这种形态上的差别是否代表它们演化阶段的不同呢？谁属年轻？谁是中年？谁算老年？现在仍未有结论，尚处于探索之中。
第二节宇宙“吉尼斯”——河外星系之最
目前，已发现10亿个河外星系。最着名的河外星系有：仙女座河外星系、猎犬座河外星系、大麦哲伦星系、小麦哲伦星系和室女座河外星系等。
1.最大的星系——仙女座星系
仙女座星系，因位于仙女座内而得名，是位于仙女星座的一个巨型旋涡星系，旧称“仙女座大星云”。它是银河系的近邻，视星等为3.5等，直径是16万光年，为银河系直径的一倍。它是本星系群中最大的一个星系，距离地球大约220万光年。
仙女座星系是在地球北半球用肉眼可见的最亮且距我们最近的大星系。肉眼看去，形状如暗弱的椭圆小光斑。
仙女座河外星系的赤道面和视线成15°左右的交角，自转周期约为1800万年，视向速度可达600千米/每秒。
仙女座星系在天文学史上有着重要的地位。1786年，威廉·赫歇尔第一个将仙女座星系列入能分解为恒星的星云；1914年皮斯探知仙女座星系有自转运动；1924年，哈勃在照相底片上证认出仙女座星系旋臂上的“造父变星”，并根据周光关系算出距离，确认它是银河系之外的恒星系统；1939年以来历经巴布科克等人的研究，测出从中心到边缘的自转速度曲线，并由此得知星系的质量。
据目前估计，仙女座星系的质量不小于3.1×1011个太阳质量，比银河系大一倍以上，是本星系群中质量最大的一个。1944年，巴德又分辨出仙女座星系核心部分的天体，证认出其中的星团和恒星，并指明星族的空间分布与银河系相似。近年来还发现，M31成员的重元素含量，从外围向中心逐渐增加。
仙女座河外星系和银河系共同主宰着本星系群，对二者的对比研究，能为了解银河系的运动、结构和演化提供重要的线索。
仙女座星系是距离银河系最近的大星系，它的构造与银河系类似，有密集的核、旋臂、星系盘和星系晕，包含有3亿～4千亿颗恒星，还有明亮的恒星云和暗黑区域，另有许多变星、星团和新星等特殊天体。仙女座大星系弥漫的光线是由数千亿颗恒星成员共同贡献而成的。几颗围绕在仙女座大星系影像旁的亮星，其实是银河系里的星星，比起背景物体要近得多了。星云中的恒星可以划分成约20个群落，这意味着它们可能来自仙女座星系“吞噬”的较小星系。
仙女座河外星系和它附近河外星系的两个矮椭星系，共同构成了“仙女座三重星系”。这个三重星系和银河系、三角星系以及大小麦哲伦星云等约40个星系，一起构成了一个“星系群”。银河系和仙女座星系正在相互靠近对方，在大约30亿年后两者可能会碰撞，在融合过程中将会暂时形成一个明亮、结构复杂的混血星系。一系列恒星将被抛散，星系中大部分游离的气体也将会被压缩产生新的恒星。大约再过几十亿年后，星系的旋臂将会消失，两个螺旋星系将会融合成一个巨大的椭圆星系。
不过，两星系的碰撞、融合只发生在遥不可及的未来，人类大可不必为此杞人忧天。
2.最有生命力的星系——猎犬座星系
猎犬座星系是河外星系的代表之一，是距离地球较近的旋涡星系。
猎犬座星系位于猎犬座北面，距离我们约1400万光年。猎犬座星系也属于旋涡星系，从它的照片上可以明显地看到旋涡臂。这种形态显示它是在旋转着。天文学家认定，位于猎犬座旋涡星系中一颗围绕恒星运转的行星，很有可能生存着地球外智慧生命。这颗类似于太阳的恒星，其周围的行星看起来具有一切生命和高级文明得以发展的先决条件。这颗恒星距离地球有26万光年。
3.最明亮的星系——麦哲伦星系
麦哲伦星系是南半球最着名的天体，作为银河系的两个伴星系，在北纬20°以南的地区升出地平面。它们是南天银河附近两个肉眼清晰可见的云雾状天体，大麦哲伦星系在剑鱼座和山案座，约6°大小，相当于12个月球视直径；小麦哲伦星系在杜鹃座，张角约2°，相当于4个月球视直径；两个云在天球上相距约20°。
10世纪阿拉伯人和15世纪葡萄牙人远航到赤道以南时，都曾注意到南天星空中这两个云雾状天体，称之为“好望角云”。葡萄牙航海家麦哲伦于1521年环球航行时，首次对它们作了精确描述，后来就以他的姓氏命名，大云叫大麦哲伦星云，简称大麦云；小云叫小麦哲伦星云，简称小麦云；合称麦哲伦云。1912年，美国天文学家勒维特发现小麦云的造父变星的周光关系，赫茨普龙和沙普利随即测定了小麦云的距离，成为最早确认的河外星系。大麦云的距离是16万光年，小麦云是19万光年，它们在空间上相距5万光年。
大小麦星系属于最近的星系之列，这使我们能周密地分析它们的成员天体，因而它们是重要的天文观测对象，也是星系天体物理资料的重要来源。
麦哲伦云像我们的银河一样，也包括气体和恒星。大麦云属矮棒旋星系或不规则星系，质量为银河系的1/20。小麦云属不规则星系或不规则矮棒旋星系，质量只及银河系的1/100。麦哲伦云中的气体含量丰富，中性氢质量分别占它们总质量的9％和32％，都比银河系的大得多。它们的演化程度不如银河系高，星际尘埃含量比银河系中的少。此外，还有新星、超新星遗迹、X射线双星等天体存在。
它的超新星最大亮度是太阳的2.5亿倍，被认为是宇宙中最亮的星系。
麦哲伦云围绕着银河系的轨道每15亿年转一圈。每到离银河较近时，它的恒星和气体都会在银河系引力作用下发生变化。小麦哲伦云现在已被撕裂，它的恒星将成为银河系的一部分。大麦哲伦云最终也将是这种命运。
4.最美丽的星系——室女座星系
室女座星系是最美丽的着名河外星系之一，又称“草帽星系”。
从侧面看，其中央突出呈球形，赤道边缘呈盘状，四周有旋臂。这是一个极具特色的巨大旋涡星系，距离地球大约为4000万光年。由于其宽大的边缘看上去颇像是一顶墨西哥人戴的大檐儿草帽，因此得名“草帽星系”。
最早发现草帽星系的是法国天文学家梅西耶，他于1781年5月11日发现了它。梅西耶在给另外一位天文学家的信中这样写道：“我在乌鸦座的上方发现了一个星云，它似乎不含有恒星”。
草帽星系的质量很大，约为13000亿个太阳质量。其线直径为14万光年。从这个星系的照片上我们可以看出它有一个显着的特征：那就是有一个暗条横穿星系核。这个暗条是由于分布在星系盘中的尘埃和气体的吸光作用造成的。星系周围有一个由球状星团组成的星系晕，其中亮的红色恒星呈球状分布。它还是一个射电源，它的射电星等为6.3等，比它的光学视星等亮2等。它的绝对星等是-22.1等。
英国着名天文学家威廉·赫歇尔也注意到这个天体，并在自己的观测日记中留下了生动记述：“一个暗弱的弥漫的卵形的天体，有一暗条将星云的核心和整个星云分隔开。”后来，德雷耶尔在星云星团新总表中收入了这个天体。由于草帽星系的奇特和有趣，法国着名天文学家弗拉马利翁又建议把它列入梅西耶天体表中，一直沿用至今。
草帽星系在人类认识河外星系的历程中曾起过关键性作用。
1755年德国哲学家康德提出，在宇宙中存在着无数个像我们银河系一样的天体系统。他认为当时所发现的星云就是这样的天体系统。德国天文学家洪堡提出了“宇宙岛理论假说”，大大扩展了人们探索宇宙的视野空间，引起天文学家的广泛关注。威廉·赫歇尔通过观测星云，证实一些星云就是遥远的河外星系。但英国天文学家哈金斯用光谱仪观测有些星云却是稀薄的气体云。关于星云的本质问题曾经长期得不到解决。1913年美国天文学家斯里弗从光谱线的红移推算出草帽星系的退行速度大约为1100千米／秒，说明它是远在银河系以外的天体。20世纪20年代，美国天文学家哈勃通过对其他旋涡星云的观测研究，终于证明它们的确都是河外的天体系统。
2003年5～6月，哈勃空间望远镜对这个美丽的星系进行了观测，拍摄了6张照片，通过合成最后得到了完美的“草帽”。哈勃望远镜清晰地从草帽星系中分辨出富饶的球状星团，估计数量大约有2000个。这个数量是围绕着银河系的球状星团数量的10倍。这些球状星团的年龄范围在100亿～150亿年之间，与银河系中的球状星团的年龄相仿。
2004年6月和2005年1月，斯皮泽红外空间望远镜两次观测了草帽星系。拍摄到的草帽星系的红外照片，向我们展示了这个美丽星系的一幅全新的面目，在可见光波段这个星系酷似一顶“草帽”，而在红外波段它更像是一只大“牛眼”。该望远镜观测看到了环绕星系的明亮而光滑的尘埃环；而暗的尘埃环在红外波段却发出明亮的光芒。全景观测显示，“草帽”星系的星系盘存在着翘曲，它可能是由于与另一个星系交会所造成。在红外波段，成团的尘埃也变得透明了，因此可清晰地看到被厚厚的尘埃带所环绕的由恒星组成的明亮的球状核心，以及隐藏在尘埃环内部的恒星盘。
总之，“斯皮泽”不仅为我们提供了一个更加美丽的“草帽”，而且为我们提供了有关“草帽”的更多信息。
