另一種「星雲」
在幾世紀以前，人類把夜空中瀰漫的天體，都叫做星雲，例如前面介紹過的蟹狀星雲、獵戶星雲等。十八世紀著名天文學家夏爾·梅西耶還編制了梅西耶天體表，裡面包含了大量被稱為「星雲」的瀰漫天體，其中就包括這個天體表中的第31號--M31，在長達幾個世紀的時間裡，都被認為是銀河系內天體的仙女星系。後來的觀測陸續發現M31具有恆星本質，而長時間的曝光使人們看見了它的螺旋結構。通過觀測M31內的新星，天文學家更是發現之前大大低估了M31的距離，因此部分天文學家對M31是否為銀河系內天體產生了懷疑。1920年，天文學家還因M31到底是河內還是河外天體進行了一次世紀大辯論。
直到1925年，天文學家埃德溫·哈勃從M31的照片中發現了一顆造父變星，故事才有了轉折。通過造父變星的周光關係，使得M31的真實距離得以確認，原來M31不僅不是由氣體塵埃組成的普通星雲，而且是一個與銀河系相似、包含千億恆星的河外星系，與此同時，天文學家的眼光從銀河系拓展到了整個宇宙。
圖1 梅西耶天體「全家福」(拍攝：Michael Phillips）
星系
那麼什麼是星系呢？從字面意思來看就是恆星組成的系統。天文學上的定義是指在引力的作用下，由恆星和星際物質組成的運行系統。星系通常包含上千萬到數萬億顆恆星，是構成宇宙的基本單位。天文學家一般根據星系的形狀進行分類，最常見的是旋渦星系、橢圓星系和不規則星系，我們所在的銀河系就是一個典型的旋渦星系，上面提到的仙女星系也是一個旋渦星系，仙女星系儘管並不是距離銀河系最近的星系，但它是人類不使用望遠鏡，肉眼可見的最遠天體。
在宇宙中，有著形形色色的星系，目前通過大規模觀測，人類已經發現了數以億計的星系，最遠可觀測到的星系甚至遠在百億光年之外。
圖2 距離我們約250萬光年的仙女星系（拍攝：Adam Evans）
星系群和星系團
大家平時微信上，都有微信群，或三五好友組個群聊，或三五十同事組個工作群，同樣，星系們也有群。
前面提到，星系是在引力的作用下將恆星以及星際物質匯集在一起形成的，那麼星系之間是否也存在引力束縛呢？答案是肯定的，儘管星系之間距離很遠，但是超大的質量還是使得星系之間能夠有「互動」。
我們將由於引力作用而聚在一起的若干個星系，叫做星系群（Galaxy Group）。當然星系群的成員們並不會聊天說笑，他們只會默默地彼此吸引，相互影響對方的運動。
我們的銀河系也在這麼一個星系群裡，因為是咱們自己所在的地方，所以天文學家就簡單直白地給它取名叫本星系群（Local Group）。這個小群由銀河系、仙女星系、三角星系等巨頭，以及一系列矮星系共同構成。大家耳熟能詳卻又難以在北半球親見的大小麥哲倫星系也是這個群的成員。而這其中距離我們最近的，是4.2萬光年外的大犬矮星系。
除了本星系群，我們發現的大量其它星系也各自構成了一個個星系群，如圖3中的摩羯座和巨蛇座星系群，這些星系群的成員彼此之間有著熱烈的互動。有些星系群的成員甚至正在發生碰撞和併合，圖4中的NGC4038和NGC4039就是正在併合的星系，它們同屬於一個由5個星系構成的星系群。
圖3：左：摩羯座HCG87星系群（攝影：Judy Schmidt）；右：巨蛇座六重奏星系群（圖片來源：HST/NASA/ESA）
圖4 併合中的NGC4038（上方星系）和NGC4039（下方星系），又叫做觸鬚星系（圖片來源：HST/NASA/ESA）
日常溝通交流的微信群，有人數多少之分，星系群裡的成員數當然也存在差異。我們一般把由50個以上的星系構成的星系集合，叫做星系團（Galaxy Cluster）。星系團是宇宙中由星系、熱氣體和暗物質組成的引力束縛系統, 它們的典型質量為 10¹⁴～10¹⁵倍太陽質量。它們的成分由暗物質主導(～80%)，15%～17%為星系團內介質，剩下的只有極少部分 (3%～5%)的質量存在於成員星系中。根據目前的宇宙結構理論，宇宙中物質稠密的區域形成纖維狀結構, 星系團就形成於這些纖維狀結構的交匯處，因此，星系團是宇宙大尺度結構中密度相對比較高的節點。國家天文臺的科學家從國際公開發布的天文數據中證認了近18萬個星系團，這是目前世界上最大的星系團樣本。
圖5 距離我們約40億光年的星系團Abell S1063（圖片來源：HST/NASA/ESA）
在星系團之上，還有超星系團，超星系團之上還有更大的結構。這一切都是我們的宇宙的組成部分之一。下一期，我們一起來探究可觀測宇宙。
參考文獻：
1，星系團的發現和星系團及成員星系的物理性質，韓金林等，科學通訊，2019年，第64卷，第15期，1583-1597