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高中地理 系外行星与星系

星系是由几千亿颗恒星和气体、尘埃靠引力聚集而成的庞大集团，太阳也是银河系中的一颗恒星。 哈勃按形状把星系分为椭圆星系、正常旋涡星系、棒旋星系和不规则星系；形状不同，星际物质的多少和恒星的年龄也随之不同。 绕其他恒星运行的系外行星太暗，很难直接看到，所以人们通过测量行星让恒星晃动、或让星光暂时变暗的现象来寻找它们。 在图中切换星系类型，可以看到四种星系的形状，以及年老的恒星、年轻的恒星和恒星诞生区主要分布在哪里。

恒星的城市——星系

🌌 什么是星系
①星系是几千亿颗恒星和星际物质（气体、尘埃）靠引力聚集在一起、共同运动的集团
②太阳是银河系约 2000 亿颗恒星中的一颗，晴朗夜空中看到的银河，就是从内部看到的银河系圆盘
③可观测宇宙中有几千亿个以上的星系
④星系之间大多空空荡荡，离我们最近的大星系仙女星系也有约 250 万光年远

星系的种类（哈勃分类）

棒旋星系（SB）
💡 各类型的不同
①椭圆星系（E）：呈球形或橄榄球形，几乎没有星际物质，很少产生新恒星，所以大多是年老的红色恒星
②正常旋涡星系（S）：旋臂环绕着由年老恒星组成的中心核球，旋臂中星际物质和年轻的蓝色恒星很多
③棒旋星系（SB）：旋臂从横穿中心的棒状结构两端伸出，银河系就属于这一类
④不规则星系（Irr）：没有固定形状，星际物质多，恒星形成活跃，大麦哲伦云是代表
⑤哈勃分类是按形状划分的，并不表示椭圆星系会演化成旋涡星系

银河系

银河系的大小与太阳的位置
银盘直径约 10 万光年 · 太阳距中心约 2.6 万光年
银河系是棒旋星系，约有 2000 亿颗恒星，中心有一个质量约为太阳 400 万倍的超大质量黑洞

银河系结构

银河系的组成

寻找系外行星的方法

系外行星探测

主要探测方法
方法原理特点
视向速度法行星的引力使恒星微微晃动，恒星光谱的吸收线交替出现蓝移和红移质量大、离恒星近的行星最容易发现，可以求出行星的质量
凌星法行星从恒星前方经过时，恒星的亮度周期性地略微下降由亮度下降的程度可知行星的大小，但行星的轨道面要几乎与视线方向一致
直接成像遮住明亮的星光，拍摄行星发出的光难度很大，只能拍到离恒星很远的大行星
微引力透镜前方恒星的引力会聚并增亮后方恒星的光，若有行星，亮度曲线上会多出一个小峰能发现遥远的小行星，但同样的现象不会再次发生
视向速度法的原理
恒星朝我们运动时蓝移 → 远离时红移 → 这种变化周期性地重复
恒星和行星绕共同质心运动。即使看不到行星，也能根据恒星微小晃动的周期和幅度，求出行星的公转周期和质量

例题与真题检验

例题 1
某星系没有旋臂，像球一样圆，大多是年老的恒星，气体很少。按哈勃分类它是什么星系？
1
旋臂明显的是旋涡星系；又圆又光滑、大多是年老恒星的是椭圆星系。
2
气体和尘埃少、几乎不产生新恒星，也是椭圆星系的特点。
▸ 椭圆星系
图中的椭圆星系是均匀的偏红光晕，没有粉色的恒星诞生区；旋涡星系和不规则星系则有这样的区域。
例题 2
利用行星从恒星前方经过时恒星亮度周期性略微下降来寻找系外行星的方法是什么？用这种方法能知道什么？
1
行星从恒星前方经过时，遮住恒星表面的一部分，恒星亮度下降（凌星）。
2
利用这种亮度变化的方法就是凌星法，亮度下降得越多，行星越大。
▸ 凌星法，可以知道行星的大小
视向速度法求行星的质量，凌星法求行星的大小，两者结合起来还能求出行星的密度。
学力测验类型
下列关于星系和系外行星探测的说法，正确的是哪一项？
①银河系是椭圆星系
②凌星法利用行星从恒星前方经过时恒星变暗的现象
③视向速度法直接测量行星的大小
④太阳位于银河系的中心
⑤直接成像是寻找系外行星最容易的方法
▸ ② 凌星法利用行星从恒星前方经过时恒星变暗的现象
1
行星从恒星前方经过时挡住部分星光，亮度周期性下降，由下降的程度可以求出行星的大小。
2
银河系是棒旋星系（①），视向速度法求的是行星的质量（③），太阳距中心约 2.6 万光年（④），直接成像在技术上非常困难（⑤）。

总结

星系与系外行星的要点
哈勃分类：椭圆（E）· 正常旋涡（S）· 棒旋（SB）· 不规则（Irr）／银河系：棒旋星系，直径约 10 万光年
系外行星可以通过恒星的视向速度变化、凌星、微引力透镜和直接成像来发现
🎯 考试要点
①哈勃分类有椭圆星系（E）、正常旋涡星系（S）、棒旋星系（SB）、不规则星系（Irr），椭圆星系中星际物质和年轻恒星都很少
②银河系是直径约 10 万光年的棒旋星系，太阳位于距中心约 2.6 万光年的银盘中
③视向速度法利用星光的多普勒效应求出行星的质量
④凌星法根据恒星变暗的程度求出行星的大小
⑤宜居带是行星从恒星得到的能量能让水保持液态的距离范围
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