第四章 奇妙的天文
第一节 星 座
星座的定义
星座是指天上一群群的恒星组合。在三维的宇宙中，这些恒星其实相互间没有实际的关系，不过其实天球这一个球壳面上的位置相近。自古以来，人对于恒星的排列和形状很感兴趣，并且很自然地把一些位置相近的星联系起来，组成星座。
星座在天文学中占重要的地位。占星术也假借黄道12星座的形象，但天文学家都把占星术视为没有使用真正科学方法的伪科学。
基本上，将恒星组成星座是一个随意的过程，在不同的文明中有由不同恒星所组成的不同星座——虽然部分由较显眼的星所组成的星座，在不同文明中大致相同，如猎户座及天蝎座。
国际天文学联合会用精确的边界把天空分为88个正式的星座，使天空每一颗恒星都属于某一特定星座。这些正式的星座大多都根据中世纪传下来的古希腊传统星座为基础。
为认星方便，人们按空中恒星的自然分布划成的若干区域，大小不一。每个区域叫做一个星座。用线条连接同一星座内的亮星，形成各种图形，根据其形状，分别以近似的动物、器物或神话人物命名，如天鹅座、仙女座等。每个星座中的恒星，按亮度大小，依次以小写希腊字母编排，如大熊座α星、大熊座β星等。
星座是投影在天球上一块区域的天体空间的总和，因此，说某某星座在银河系以内或以外都是不准确的说法。
星座的起源
星座起源于四大文明古国之一的古巴比伦，古代巴比伦人将天空分为许多区域，称为“星座”，不过那时星座的用处不多，被发现和命名的更少。黄道带上的12星座初开始就是用来计量时间的，而不像现在用来代表人的性格。在公元前1000年前后已提出30个星座。那里有底格里斯河与幼发拉底河从西北流向东南，注入波斯湾，所以又叫"两河流域”地区。
两河流域文化传到古希腊以后，推动了古希腊的文化发展。古希腊天文学家对巴比伦的星座进行了补充和发展，编制出了古希腊星座表。公元2世纪，古希腊天文学家托勒密综合了当时的天文成就，编制了48个星座。并用假象的线条将星座内的主要亮星连起来，把它们想象成动物或人物的形象，结合神话故事给它们起出适当的名字，这就是星座名称的由来。希腊神话故事中的48个星座大都居于北方天空和赤道南北。
中世纪以后，欧洲资本主义兴起，需要向外扩张，航海事业得到了很大的发展。船舶在大海上航行，随时需要导航，星星就是最好的指路灯。而在星星中，星座的形状比较特殊，最容易观测，因此，星座受到了普遍关注。16世纪麦哲伦环球航行时，不仅利用星座导航定向，而且还对星座进行了研究。
1922年，国际天文学联合会大会决定将天空划分为88个星座，其名称基本依照历史上的名称。928年，国际天文联合会正式公布了88个星座的名称。这88个星座分成3个天区：北半球29个，南半球47个，天赤道与黄道附近12个。
人类肉眼可见的恒星有近6000颗，每颗均可归人唯——个星座。每一个星座可以由其中亮星的构成的形状辨认出来。为了便于研究，人们把星空分成若干个区域，这些区域称为星座。中国很早就把天空分为三垣二十八宿。《史记．天官书》记载颇详。三垣是北天极周围的3个区域，即紫微垣、太微垣、天市垣。二十八宿是在黄道和白道附近的28个区域，即东方七宿：角、亢、氐、房、心、尾、箕；中国在观星上的成就要比西方早，中国人说三垣28宿，把天上星座分成三大块28类，而不是只有西方的12星座。其中最重要的就是紫微垣。中国的观星术，现在统称紫微星座，与西方的12星座相区别。紫微星座共有14主星，分别是紫微、天机、太阳、武曲、天同、廉贞、天府、太阴、贪狼、巨门、天相、天梁、七杀、破军。可按易经分为阴阳两性，对应人的个性为四大类，开创型、领导型、支援型、合作型。
第二节彗星
简 介
彗星是星际间物质，俗称“扫把星”。在《天文略论》这本书中写道：彗星为怪异之星，有首有尾，因像其形而名之曰扫把星。
《春秋》记载，公元前613年，“有星孛人于北斗”，这是世界上公认的首次关于哈雷彗星的确切记录，比欧洲早600多年。
观 测
除了离太阳很远时以外，彗星长长的明亮稀疏的彗尾，在过去给人们这样的印象，即认为彗星很靠近地球，甚至就在我们的大气范围之内。1577年第谷指出当从地球上不同地点观察时，彗星并没有显出方位不同：因此他正确地得出它们必定很远的结论。彗星属于太阳系小天体。每当彗星接近太阳时，它的亮度迅速地增强。对离太阳相当远的彗星的观察表明它们沿着被高度拉长的椭圆运动，而且太阳是在这椭圆的一个焦点上，与开普勒第一定律一致。彗星大部分的时间运行在离太阳很远的地方，在那里它们是看不见的。只有当它们接近太阳时才能见到。大约有40颗彗星公转周期相当短(小于100年)，因此它们作为同一颗天体会相继出现。
历史上第一个被观测到相继出现的同一天体是哈雷彗星，牛顿的朋友和捐助人哈雷(1656-1742年)在1705年认识到它是周期性的，它的周期是76年。历史记录表明自从公元前240年也可能自公元前466年来，它每次通过太阳时都被观测到了。它最近一次是在1986年通过的。离太阳很远时彗星的亮度很低，而且它的光谱单纯是反射阳光的光谱。当彗星进入离太阳8个天文单位以内时，它的亮度开始迅速增长并且光谱急剧地变化。科学家看到若干属于已知分子的明亮谱线。发生这种变化是因为组成彗星的固体物质(彗核)突然变热到足以蒸发并被叫做彗发的气体云包围彗核。太阳的紫外光引起这种气体发光。彗发的直径通常约为105千米，但彗尾常常很长，达108千米或1天文单位。
科学家估计一般接近太阳距离只有几个天文单位的彗星将在几千年内瓦解。公元1066年，诺曼人人侵英国前夕，正逢哈雷彗星回归。当时，人们怀有复杂的心情，注视着夜空中这颗拖着长尾巴的古怪天体，认为是上帝给予的一种战争警告和预示。后来，诺曼人征服了英国，诺曼统帅的妻子把当时哈雷彗星回归的景象绣在一块挂毯上以示纪念。中国民间把彗星贬称为“扫帚星”、“灾星”。像这种把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起的事情，在中外历史上有很多。彗星是在扁长轨道(极少数在近圆轨道)上绕太阳运行的一种质量较小的云雾状小天体。
彗星的轨道
彗星的轨道有椭圆、抛物线、双曲线三种。
椭圆轨道的彗星又叫周期彗星，另两种轨道的又叫非周期彗星。周期彗星又分为短周期彗星和长周期彗星。一般彗星由彗头和彗尾组成。彗头包括彗核和彗发两部分，有的还有彗云。并不是所有的彗星都有彗核、彗发、彗尾等结构。我国古代对于彗星的形态已很有研究，在长沙马王堆西汉古墓出土的帛书上就画有29幅彗星图。在晋书“天文志”上清楚地说明彗星不会发光，系因反射太阳光而为我们所见，且彗尾的方向背向太阳。彗星的体形庞大，但其质量却小得可怜，就连大彗星的质量也不到地球的万分之一。由于彗星是由冰冻着的各种杂质、尘埃组成的，在远离太阳时，它只是个云雾状的小斑点；而在靠近太阳时，因凝固体的蒸发、气化、膨胀、喷发，它就产生了彗尾。彗尾体积极大，可长达上亿千米。它形状各异，有的还不止一条，一般总向背离太阳的方向延伸，且越靠近太阳彗尾就越长。宇宙中彗星的数量极大，但目前观测到的仅约有1600颗。彗星的轨道与行星的轨道很不相同，它是极扁的椭圆，有些甚至是抛物线或双曲线轨道。轨道为椭圆的彗星能定期回到太阳身边，称为周期彗星；轨道为抛物线或双曲线的彗星，终生只能接近太阳一次，而一旦离去，就会永不复返，称为非周期彗星，这类彗星或许原本就不是太阳系成员，它们只是来自太阳系之外的过客，无意中闯进了太阳系，而后又义无反顾地回到茫茫的宇宙深处。周期彗星又分为短周期(绕太阳公转周期短于200年)和长周期(绕太阳公转周期超过200年)彗星。
目前，已经计算出600多颗彗星的轨道。彗星的轨道可能会受到行星的影响，产生变化。当彗星受行星影响而加速时，它的轨道将变扁，甚至成为抛物线或双曲线，从而使这颗彗星脱离太阳系；当彗星减速时，轨道的偏心率将变小，从而使长周期彗星变为短周期彗星，甚至从非周期彗星变成了周期彗星以致被“捕获”。
彗星的结构
彗星没有固定的体积，它在远离太阳时，体积很小；接近太阳时，彗发变得越来越大，彗尾变长，体积变得十分巨大。彗尾最长竟可达2亿多千米。彗星的质量非常小，绝大部分集中在彗核部分。彗核的平均密度为每立方厘米1克。彗发和彗尾的物质极为稀薄，其质量只占总质量的1％-5％，甚至更小。彗星物质主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等组成，而彗核则由凝结成冰的水、二氧化碳(干冰)、氨和尘埃微粒混杂组成，是个“脏雪球”。
彗尾的产生
彗尾被认为是由气体和尘埃组成；4个联合的效应将它从彗星上吹出：
(!)当气体和伴生的尘埃从彗核上蒸发时所得到的初始动量。
(2)阳光的辐射压将尘埃推离太阳。
(3)太阳风将带电粒子吹离太阳。
(4)朝向太阳的万有引力吸力。
这些效应的相互作用使每个彗尾看上去都不一样。当然，物质蒸发到彗发和彗尾中去，消耗了彗核的物质。有时以爆发的方式出现，比拉彗星就是那样；1846年它通过太阳时破裂成两个，]852年那次通过以后就全部消失。
彗星的起源
彗星的起源是个未解之谜。有人提出，在太阳系外围有一个特大彗星区，那里约有1000亿颗彗星，叫奥尔特云，由于受到其他恒星引力的影响，一部分彗星进入太阳系内部，又由于木星的影响，一部分彗星逃出太阳系，另一些被“捕获”成为短周期彗星；也有人认为彗星是在木星或其他行星附近形成的；还有人认为彗星是在太阳系的边远地区形成的；甚至有人认为彗星是太阳系外的来客。因为周期彗星一直在瓦解着，必然有某种产生新彗星以代替老彗星的方式。可能发生的一种方式是在离太阳105天文单位的半径上储藏有几十亿颗以各种可能方向绕太阳作轨道运动的彗星群。这个概念得到观测的支持，观测到非周期彗星以随机的方向沿着非常长的椭圆形轨道接近太阳。随着时间的推移，由于过路的恒星给予的轻微引力，可以扰乱遥远彗星的轨道，直至它的近日点的距离变成小于几个天文单位。当彗星随后进入太阳系时，太阳系内的各行星的万有引力的吸力能把这个非周期彗星转变成新的周期彗星(它瓦解前将存在几千年)。另一方面，这些力可将它完全从彗星云里抛出。如果这说法正确，过去几个世纪以来1000颗左右的彗星记录只不过是巨大彗星云中很少一部分样本，这种云迄今尚未直接观察到。与个别恒星相联系的这种彗星云可能遍及我们所处的银河系内。迄今还没有找到一种方法来探测可能与太阳结成一套的大量彗星，更不用说那些与其他恒星结成一套的彗星云了。彗星云的总质量还不清楚，不只是彗星总数很难确定，即使单个彗星的质量也很不确定。估计彗星云的质量在10—13至10—3地球质量之间。
彗星的性质
彗星的性质还不能确切知道，因为它藏在彗发内，不能直接观察到，但我们可由彗星的光谱猜测它的一些性质。通常，这些谱线表明存在有OH、NH和NH，基团的气体，这很容易解释为最普通的元素C、N和O的稳定氢化合物，即CH\－4，NH\－3和H\－2O分解的结果，这些化合物冻结的冰可能是彗核的主要成分。科学家相信各种冰和硅酸盐粒子以松散的结构散布在彗核中，有些像脏雪球那样，具有约为O．1克／立方厘米的密度。当冰受热蒸发时它们遗留下松散的岩石物质，所含单个粒子其大小从104厘米到大约105厘米之间。当地球穿过彗星的轨道时，我们将观察到的这些粒子看作是流星。有理由相信彗星可能是聚集形成了太阳和行星的星云中物质的一部分。因此，人们很想设法获得一块彗星物质的样本来作分析以便对太阳系的起源知道得更多。这一计划理论上可以做到，如设法与周期彗星在空间做一次会合。目前这样的计划正在研究中。
彗星与生命
彗星是一种很特殊的星体，与生命的起源可能有着重要的联系。彗星中含有很多气体和挥发成分。根据光谱分析，主要是C\－2、CN、C\－3、另外还有OH、NH、NH\－2、CH、Na、C、O等原子和原子团。这说明彗星中富含有机分子。许多科学家注意到了这个现象：也许，生命起源于彗星1 1990年，NASA的Kevin．J．Zahule和．Daid Grinspoon对白垩纪——第三纪界线附近地层的有机尘埃作了这样的解释：一颗或几颗彗星掠过地球，留下的氨基酸形成了这种有机尘埃；并由此指出，在地球形成早期，彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上——这就是地球上的生命之源。
哈雷彗星
大部分彗星都不停地围绕太阳沿着很扁长的轨道运行。循椭圆形轨道运行的彗星，1114广"周期彗星”。公转周期一般在3年至几世纪之间。周期只有几年的彗星多数是小彗星，直接用肉眼很难看到。不循椭圆形轨道运行的彗星，只能算是太阳系的过客，一旦离去就不见踪影。大多数彗星在天空中都是由西向东运行。但也有例外，哈雷彗星就从东向西运行的。
哈雷彗星的平均公转周期为76年，但是你不能用，986年加上几个76年得到它的精确回归日期。主行星的引力作用使它周期变更，陷入一个又一个循环。非重力效果(靠近太阳时大量蒸发)也扮演了使它周期变化的重要角色。在公元前239年到公元1986年，公转周期在76．0(1986年)年到79．3年(451和1066年)之间变化。最近的近日点为公元前11年和公元66年。
哈雷彗星的公转轨道是逆向的，与黄道面呈18度倾斜。另外，像其他彗星一样，偏心率较大。哈雷彗星的彗核大约为16×8×8千米。与先前预计的相反，哈雷彗星的彗核非常暗：它的反射率仅为O．03，使它比煤还暗，成为太阳系中最暗物体之一。哈雷彗星彗核的密度很低：大约0．1克／立方厘米，说明它多孔，可能是因为在冰升华后，大部分尘埃都留了下来所致。
哈雷彗星在众多彗星中几乎是独一无二的，又大又活跃，且轨道明确规律。这使得Giotto飞行器瞄准起来比较容易。但是它无法代表其他彗星所具有的公性。
彗星本身是不会发光的。早在我国晋代，我国天文学家就认识到这一点。《晋书．天文志》中记载，“彗本无光，反日而为光”。彗星是靠反射太阳光而发光的。一般彗星的发光都是很暗的，它们的出现只有天文学家用天文仪器才可观测：到。只有极少数彗星，被太阳照得很明亮拖着长长的尾巴，才被我们所看见。
第一颗经推算预言必将重新出现而得到证实的著名大彗星。当它在1682年出现后，英国天文学家哈雷注意到它的轨道与1607年和1531年出现的彗星轨道相似，认为是同一颗彗星的三次出现，并预言它将在1758年底或1759年初再度出现。虽然哈雷死于1742年，没能看到它的重新出现，但在1759年它果然又回来，这是天文学史上一个惊人成就。这颗彗星因而命名为哈雷彗星。它的公转周期为76年，近日距为8，800万公里(0．59天文单位)，远日距为53亿公里(35．31天文单位)，轨道偏心率为0．967。中国史书上对哈雷彗星的出现有详细记载论记录时间之早，首推《春秋》。《春秋》说：鲁文公十四年(公元前613年)“秋七月，有星孛入于北斗。”这是世界上第一次关于哈雷彗星的确切记录。论所记内容之早，则首推西汉的《淮南子》。《淮南子。兵略训》说：“武王伐纣，东面而迎岁，至汜而水，至共头而坠，彗星出，而授殷人其柄。”据中国天文学家张钰哲推算，这是公元前1057年哈雷彗星回归的记录。从公元前240年起，哈雷彗星每次出现，中国都有记载，其次数之多和记录之详，是其他国家所没有的。哈雷彗星的原始质量估计小于10万亿吨。如取近似值，彗核平均密度为每立方厘米1克，则彗核半径应小于15公里。估计它每公转一圈，质量减少约20亿吨，这只是其总质量的很小一部分，因此它还会存在很久。
第三节恒星
简 介
恒星是由炽热气体组成的，能自己发光的球状或类球状天体。离地球最近的恒星是太阳。其次是处于半人马座的比邻星，它发出的光到达地球需要4。22年．恒星都是气体星球。晴朗五月的夜晚，且无光污染的地区，一般人用肉眼大约可以看到6000多颗恒星。借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中的恒星大约有一二千亿颗。恒星并非不动，只是因为离我们实在太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动的星体，叫作恒星。
恒星也有自己的生命史，它们从诞生、成长到衰老，最终走向死亡。它们大小不同，色彩各异，演化的历程也不尽相同。恒星与生命的联系不仅表现在它提供了光和热。实际上构成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生命结束时发生的爆发过程中创造出来的。
距 离
恒星的星等相差很大，这里面固然有恒星本身发光强弱的原因，但是离我们距离的远近也起着显著的作用。测定恒星距离最基本的方法是三角视差法，此法主要用于测量较近的恒星距离，过程如下，先测得地球轨道半长径在恒星处的张角(叫作周年视差)，再经过简单的运算，即可求出恒星的距离。这是测定距离最直接的方法。在16世纪哥白尼公布了他的日心说以后，许多天文学家试图测定恒星的距离，但都由于它们的数值很小以及当时的观测精度不高而没有成功。直到19世纪30年代后半期，才取得成功。然而对大多数恒星说来，这个张角太小，无法测准。所以测定恒星距离常使用一些间接的方法，如分光视差法、星团视差法、统计视差法以及由造父变星的周光关系确定视差等等。这些间接的方法都是以三角视差法为基础的。白20世纪20年代以后，许多天文学家开展这方面的工作，到20世纪90年代初，已有8000多颗恒星的距离被用照相方法测定。在20世纪90年代中期，依靠“依巴谷”卫星进行的空间天体测量获得成功，在大约三年的时间里，以非常高的准确度测定了10万颗恒星的距离。
恒星的距离，若用千米表示，数字实在太大，为使用方便，通常采用光年作为单位。1光年是光在一年中通过的距离。真空中的光速是每秒30万千米，乘一年的秒数，得到1光年约等于30万亿公里。
星 等
恒星的亮度常用星等来表示。恒星越亮，星等越小。在地球上测出的星等叫视星等；归算到离地球10秒差距处的星等叫绝对星等。使用对不同波段敏感的检测元件所测得的同一恒星的星等，一般是不相等的。目前最通用的星等系统之一是U(紫外)B(蓝)、V(黄)三色系统。B和V分别接近照相星等和目视星等。二者之差就是常用的色指数。太阳的V=-26．74等，绝对目视星等M=+4．83等，色指数B-V=0.63，U-B=0．12。由色指数可以确定色温度。
温度
恒星表面的温度一般用有效温度来表示，它等于有相同直径、相同总辐射的绝对黑体的温度。恒星的光谱能量分布与有效温度有关，由此可以定出O、B、A、F、G、K、M等光谱型(也可以叫作温度型)温度相同的恒星，体积越大，总辐射流量(即光度)越大，绝对星等越小。恒星的光度级可以分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅵ、Ⅶ，依次称为超巨星、亮巨星、巨星、亚巨星、主序星、矮星。太阳的光谱型为G2V，颜色偏黄，有效温度约5，770K。AOV型星的色指数平均为零，温度约10，000K。恒星的表面有效温度由早O型的几万度到晚M型的几千度，差别很大。
恒星光谱分类
恒星分类是依据光谱和光度进行的二元分类。在通俗的简化的分类中，前者可由恒星的颜色区分，后者则大致分为“巨星”和“矮星”，比如太阳是一颗“黄矮星”，常见的名称还有“蓝巨星”和“红巨星”等。
根据维恩定律，恒星的颜色与温度有直接的关系。所以天文学家可以由恒星的光谱得知恒星的性质。
故此，天文学家自19世纪便开始根据恒星光谱的吸收线，以光谱类型将恒星分类。天体物理学就是由此发展起来的。
依据恒星光谱，恒星从温度最高的O型，到温度低到分子可以存在于恒星大气层中的M型，可以分成好几种类型。而最主要的形态，可利用“Oh，Bc AFine Girl，Kiss Me”(也有将“girl”改为“guy”)这句英文来记忆(还有许多其他形式的口诀记忆)，各种罕见的光谱也有各特殊的分类，其中比较常见的是L和T，适用于比M型温度更低和质量更小的恒星和棕矮星。每个类型由高温至低温依序以数字0到9来标示，再细分10个小类。此分类法与温度高低相当符合，但是还没有恒星被分类到温度最高的00和O1。
另一方面，恒星还有加上“光度效应”，对应于恒星大小的二维分类法，从O(超巨星)经由ⅡII(巨星)到v(矮星)和VⅡI(白矮星)。大多数恒星皆以燃烧氢的普通恒星，也就是主序星。当以光谱对应绝对星等绘制赫罗图时，这些恒星都分布在对角在线很窄的范围内。
太阳的类型是G2V(黄色的矮星)，是颗大小与温度都很普通的恒星。太阳被作为恒星的典型样本，并非因为它很特别，只因它是离我们最近的恒星，且其他恒星的许多特征都能以太阳作为一个单位来加之比较。
大 小
恒星的真直径可以根据恒星的视直径(角直径)和距离计算出来。常用的干涉仪或月掩星方法可以测出小到O．01的恒星的角直径，更小的恒星不容易测准，加上测量距离的误差，所以恒星的真直径可靠的不多。根据食双星兼分光双星的轨道资料，也可得出某些恒星直径。对有些恒星，也可根据绝对星等和有效温度来推算其真直径。用各种方法求出的不同恒星的直径，有的小到几公里量级，有的大到10公里以上。恒星的大小相差也很大，有的是巨人，有的是侏儒。地球的直径约为13000千米，太阳的直径是地球的109倍。巨星是恒星世界中个头最大的，它们的直径要比太阳大几十到几百倍。超巨星就更大了，红超巨星心宿二(即天揭座0)的直径是太阳的600倍；红超巨星参宿四(即猎户座α)的直径是太阳的900倍，假如它处在太阳的位置上，那么它的大小几乎能把木星也包进去。它们还不算最大的，仙王座VV是一对双星，它的主星A的直径是太阳的1600倍；HR237直径为太阳的1800倍。还有一颗叫做柱一的双星，其伴星比主星还大，直径是太阳的2000-3000倍。这些巨星和超巨星都是恒星世界中的巨人。
看完了恒星世界中的巨人，我们再来看看它们当中的侏儒。在恒星世界当中，太阳的大小属中等，比太阳小的恒星也有很多，其中最突出的要数白矮星和中子星了。白矮星的直径只有几千千米，和地球差不多，中子星就更小了，它们的直径只有20千米左右，白矮星和中子星都是恒星世界中的侏儒。我们知道，一个球体的体积与半径的立方成正比。如果拿体积来比较的话，上面提到的柱一就要比太阳大九十多亿倍，而中子星就要比太阳小几百万亿倍。由此可见，巨人与侏儒的差别有多么悬殊。
质 量
只有特殊的双星系统才能测出质量来，一般恒星的质量只能根据质光关系等方法进行估算。已测出的恒星质量大约介于太阳质量的百分之几到120倍之间，但大多数恒星的质量在o．1—10个太阳质量之间。恒星的密度可以根据直径和质量求出，密度的量级大约介于10克／厘米(红超巨星)到10-10克／厘米(中子星)之间。
恒星表面的大气压和电子压可通过光谱分析来确定。元素的中性与电离谱线的强度比，不仅同温度和元素的密度有关，也同电子压力密切相关。电子压与气体压之间存在着固定的关系，二者都取决于恒星表面的重力加速度，因而同恒星的光度也有密切的关系。
根据恒星光谱中谱线的塞曼分裂(见塞曼效应)或一定波段内连续谱的圆偏振情况，可以测定恒星的磁场。太阳表面的普遍磁场很弱，仅约1—2高斯，有些恒星的磁场则很强，能达数万高斯。白矮星和中子星具有更强的磁场。
化学组成
与在地面实验室进行光谱分析一样，我们对恒星的光谱也可以进行分析，借以确定恒星大气中形成各种谱线的元素的含量，当然情况要比地面上一般光谱分析复杂得多。多年来的实测结果表明，正常恒星大气的化学组成与太阳大气差不多。按质量计算，氢最多，氦次之，其余按含量依次大致是氧、碳、氮、氖、硅、镁、铁、硫等。但也有一部分恒星大气的化学组成与太阳大气不同，例如沃尔夫一拉叶星，就有含碳丰富和含氮丰富之分(即有碳序和氮序之分)在金属线星和A型特殊星中，若干金属元素和超铀元素的谱线显得特别强。但是，这能否归结为某些元素含量较多，还是一个问题。
理论分析表明，在演化过程中，恒星内部的化学组成会随着热核反应过程的改变而逐渐改变，重元素的含量会越来越多，然而恒星大气中的化学组成一般却是变化较小的。
物理特性的变化
观测发现，有些恒星的光度、光谱和磁场等物理特性都随时间的推移发生周期的、半规则的或无规则的变化。这种恒星叫作变星。变星分为两大类：一类是由于几个天体间的几何位置发生变化或恒星自身的几何形状特殊等原因而造成的几何变星；一类是由于恒星自身内部的物理过程而造成的物理变星。
几何变星中，最为人们熟悉的是两个恒星互相绕转(有时还有气环或气盘参与)因而发生变光现象的食变星(即食双星)。根据光强度随时间改变的“光变曲线”，可将它们分为大陵五型、天琴座B(渐台二)型和大熊座w型三种几何变星中还包括椭球变星(因自身为椭球形，亮度的变化是由于自转时观测者所见发光面积的变化而造成的)、星云变星(位于星云之中或之后的一些恒星，因星云移动吸光率改变而形成亮度变化)等。可用倾斜转子模型解释的磁变星，也应归人几何变星之列。
物理变星，按变光的物理机制，主要分为脉动变星和爆发变星两类。脉动变星的变光原因是：恒星在经过漫长的主星序阶段以后，自身的大气层发生周期性的或非周期性的膨胀和收缩，从而引起脉动性的光度变化。理论计算表明脉动周期与恒星密度的平方根成反比。因此那些重复周期为几百乃至几千天的晚型不规则变星、半规则变星和长周期变星都是体积巨大而密度很小的晚型巨星或超巨星周期约在1-50天之间的经典造父变星和周期约在，0．05-1．5天之间的天琴座RR型变星(又叫星团变星)，是两种最重要的脉动变星。观测表明，前者的绝对星等随周期增长而变小(这是与密度和周期的关系相适应的)，因而可以通过精确测定它们的变光周期来推求它们自身以及它们所在的恒星集团的距离。所以造父变星又有宇宙中的“灯塔”或“量天尺”之称。天琴座RR型变星也有量天尺的作用。
还有一些周期短于0．3天的脉动变星(包括盾牌座型变星、船帆座AⅡ型变星和型变星、仙王座型变星等)，它们的大气分成若干层，各层都以不同的周期和形式进行脉动，因而，其光度变化规律是几种周期变化的迭合，光变曲线的形状变化很大，光变同视向速度曲线的关系也有差异。盾牌座6型变星和船帆座AI型变星可能是质量较小、密度较大的恒星，仙王座B型变星属于高温巨星或亚巨星一类。
爆发变星按爆发规模可分为超新星、新星、矮新星、类新星和耀星等几类。超新星的亮度会在很短期间内增大数亿倍，然后在数月到一、二年内变得非常暗弱。目前多数人认为这是恒星演化到晚期的现象。超新星的外部壳层以每秒钟数千乃至上万公里的速度向外膨胀，形成一个逐渐扩大而稀薄的星云；内部则因极度压缩而形成密度非常大的中子星之类的天体。最著名的银河超新星是中国宋代(公元1054年)在金牛座发现的“天关客星”。现在可在该处看到著名的蟹状星云，其中心有一颗周期约33毫秒的脉冲星。一般认为，脉冲星就是快速自转的中子星。
新星在可见光波段的光度在几天内会突然增强大约9个星等或更多，然后在若干年内逐渐恢复原状。1975年8月在天鹅座发现的新星是迄今已知的光变幅度最大的一颗。光谱观测表明，新星的气壳以每秒500—2，000公里的速度向外膨胀。一般认为，新星爆发只是壳层的爆发，质量损失仅占总质量的160左右，因此不足以使恒星发生质变。有些爆发变星会再次作相当规模的爆发，称为再发新星。
矮新星和类新星变星的光度变化情况与新星类似，但变幅仅为2—6个星等，发亮周期也短得多。它们多是双星中的子星之一，因而不少人的看法倾向于这一类变星的爆发是由双星中某种物质的吸积过程引起的。
耀星是一些光度在数秒到数分钟间突然增亮而又很快回复原状的一些很不规则的快变星。它们被认为是一些低温的主序前星。
还有一种北冕座R型变星，它们的光度与新星相反，会很快地突然变暗几个星等，然后慢慢上升到原来的亮度。观测表明，它们是一些含碳量丰富的恒星。大气中的碳尘埃粒子突然大量增加，致使它们的光度突然变暗，因而也有人把它们叫作碳爆变星。
随着观测技术的发展和观测波段的扩大，还发现了射电波段有变化的射电变星和X射线辐射流量变化的X射线变星等。
恒星结构
根据实际观测和光谱分析，我们可以了解恒星大气的基本结构。一般认为在一部分恒星中，最外层有一个类似日冕状的高温低密度星冕。它常常与星风有关。有的恒星已在星冕内发现有产生某些发射线的色球层，其内层大气吸收更内层高温气体的连续辐射而形成吸收线。人们有时把这层大气叫作反变层，而把发射连续谱的高温层叫作光球。其实，形成恒星光辐射的过程说明，光球这一层相当厚，其中各个分层均有发射和吸收。光球与反变层不能截然分开。太阳型恒星的光球内，有一个平均约1／10半径或更厚的对流层。在上主星序恒星和下主星序恒星的内部，对流层的位置很不相同。能量传输在光球层内以辐射为主，在对流层内则以对流为主。
对于光球和对流层，我们常常利用根据实际测得的物理特性和化学组成建立起来的模型进行较详细的研究。我们可以从流体静力学平衡和热力学平衡的基本假设出发，建立起若干关系式，用以求解星体不同区域的压力、温度、密度、不透明度、产能率和化学组成等。在恒星的中心，温度可以高达数百万度乃至数亿度，具体情况视恒星的基本参量和演化阶段而定。在那里，进行着不同的产能反应。一般认为恒星是由星云凝缩而成，主星序以前的恒星因温度不够高，不能发生热核反应，只能靠引力收缩来产能。进入主星序之后，中心温度高达700万度以上，开始发生氢聚变成氦的热核反应。这个过程很长，是恒星生命中最长的阶段。氢燃烧完毕后，恒星内部收缩，外部膨胀，演变成表面温度低而体积庞大的红巨星，并有可能发生脉动。那些内部温度上升到近亿度的恒星，开始发生氦碳循环。在这些演化过程中，恒星的温度和光度按一定规律变化，从而在赫罗图上形成一定的径迹。最后，一部分恒星发生超新星爆炸，气壳飞走，核心压缩成中子星一类的致密星而趋于“死亡”。
恒星的演化
恒星演化是一个恒星在其生命期内(发光与发热的期间)的连续变化。生命期则依照星体大小而有所不同。
单一恒星的演化并没有办法完整观察，因为这些过程可能过于缓慢以至于难以察觉。因此天文学家利用观察许多处于不同生命阶段的恒星，并以计算机模型模拟恒星的演变。
恒星的演化过程
1．恒星的形成
在宇宙发展到一定时期，宇宙中充满均匀的中性原子气体云，大体积气体云由于自身引力而不稳定造成塌缩。这样恒星便进入形成阶段。在塌缩开始阶段，气体云内部压力很微小，物质在自引力作用下加速向中心坠落。当物质的线度收缩了几个数量级后，情况就不同了，一方面，气体的密度有了剧烈的增加，另一方面，由于失去的引力位能部分的转化成热能，气体温度也有了很大的增加，气体的压力正比于它的密度与温度的乘积，因而在塌缩过程中，压力增长更快，这样，在气体内部很快形成一个足以与自引力相抗衡的压力场，这压力场最后制止引力塌缩，从而建立起一个新的力学平衡位形，称之为星坯。
星坯的力学平衡是靠内部压力梯度与自引力相抗衡造成的，而压力梯度的存在却依赖于内部温度的不均匀性(即星坯中心的温度要高于外围的温度)，因此在热学上，这是一个不平衡的系统，热量将从中心逐渐地向外流出。这一热学上趋向平衡的自然倾向对力学起着削弱的作用。于是星坯必须缓慢的收缩，以其引力位能的降低来升高温度，从而来恢复力学平衡；同时也是以引力位能的降低，来提供星坯辐射所需的能量。这就是星坯演化的主要物理机制。
2．恒星的稳定期——主序星
主序星阶段在收缩过程中密度增加，我们知道pφ-3、由式(4)、rcφr3／2，所以rC比r减小的更快，收缩气云的一部分又达到新条件下的临界，小扰动可以造成新的局部塌缩。如此下去在一定的条件下，大块气云收缩为一个凝聚体成为原恒星，原恒星吸附周围气云后继续收缩，表面温度不变，中心温度不断升高，引起温度、密度和气体成分的各种核反应。产生热能使气温升的极高，气体压力抵抗引力使原恒星稳定下来成为恒星，恒星的演化是从主序星开始的。
3．恒星的晚年
主序后的演化由于恒星形成它的主要成分是氢，而氢的点火温度又比其他元素都低，所以恒星演化的第一阶段总是氢的燃烧阶段，即主序阶段。在主序阶段，恒星内部维持着稳衡的压力分布和表面温度分布，所以在整个漫长的阶段，它的光度和表面温度都只有很小的变化。下面我们讨论，当星核区的氢燃烧完毕后，恒星将怎么进一步演化?
恒星在燃烧尽星核区的氢之后，就熄火，这时核心区主要是氢，它是燃烧的产物外围区的物质。主要是未经燃烧的氢，核心熄火后恒星失去了辐射的能源，它便要引力收缩是一个起关键作用的因素。一个核燃烧阶段的结束，表明恒星内各处温度都已低于在该处引起点火所需要的温度，引力收缩将使恒星内各处的温度升高，这实际上是寻找下一次核点火所需要的温度，引力收缩将使恒星内各处的温度全面的升高，主序后的引力收缩首先点着的不是核心区的氦(它的点火温度高的太多)，而是核心与外围之间的氢壳，氢壳点火后，核心区处于高温状态，而仍没核能源，它将继续收缩。这时，由于核心区释放的引力位能和燃烧中的氢所释放的核能，都需要通过外围不燃烧的氢层必须剧烈地膨胀，即让介质辐射变得更透明。而氢层膨胀又使恒星的表面温度降低了，所以这是一个光度增加、半径增加、而表面变冷的过程，这个过程是恒星从主星序向红巨星过渡，过程进行到一定程度，氢区中心的温度将达到氢点火的温度，于是又过渡到一个新阶段——氦燃烧阶段。
在恒星中心发生氦点火前，引力收缩以使它的密度达到了103g．cm\＋3的量级，这时气体的压力对温度的依赖很弱，那么核反应释放的能量将使温度升高，而温度升高反过来又加剧核反应速率，于是一旦点火，很快就会燃烧的十分剧烈，以至于爆炸，这种方式的点火称为“闪”，因此在现象上会看到恒星光度突然上升到很大，后来又降的很低。
另一方面，当引力收缩时它的密度达不到103g．cm一3量级，此时气体的压力与温度成正比，点火温度升高导致压力升高，核燃烧区就会有所膨胀，而膨胀导致温度降低，因此燃烧就能稳定的进行，所以这两种点火情况对演化进程的影响是不同的。
4．恒星的终局
现在我们已经知道，对质量小于8~10M的恒星，它会因不能到达下一级和点火温度而结束它的核燃烧阶段；对于质量更大的恒星，它将在核心区耗尽燃料之后结束它的核燃烧阶段，在这以后，恒星的最终归宿是什么?
一旦停止了核燃烧，恒星必定要发生引力收缩，这是因为恒星内部维持力学平衡的压力是与它的温度相联系的。因此，如果恒星在最终的平衡位形，它必须是一个“冷的”平衡位形，即它的压力与它的温度无关。
主序星核心H耗尽后，离开主序是阶段开始了它最后的历程。结局主要取决于质量。对于质量很小的星体由于质量小，物体内部的自引力并不重要，固体内部的平衡是正负离子间的净库仑引力于电子间的压力来达到平衡的。
当星体质量再大些，直到自引力不可忽略时，这时自引力加大了内部的密度和压力，压力的加大是物质发生压力电离，从而逐渐是固体的电约束瓦解，而过渡为等离子气体。加大质量，即加大密度，此时压力于温度无关，从而达到一种“冷的”平衡位形，等离子体内电子的动能一大足以在物质内部引起B衰变。
这里p是原子核中的质子，这样的反应大致在密度达到108g．cm\＋-3的时候，它将逐渐地是负离子体中的原子核变为富中子核，原子核中出现过多的中子，导致核结构松散，当密度超过4×1011g．em\＋-3是中子开始从原子核中分离出来，成为自由中子，自引力于中子间压力达到平衡。如果当质量变大使中子气体间压力已不能抵御物质自引力，而形成黑洞，但由于大多数恒星演化后阶段使得质量小于它的初始质量，例如恒星风，“氦闪光”，超新星爆发等，它们会是恒星丢失一个很大的百分比质量，因此，恒星的终局并不是可以凭它的初始质量来判断的，它实际上取决于演化的进程。那么我们可以得出这样的结论。8一]OM以下的恒星最终将抛掉它的一部分或大部分质量而变成一个白矮星。8—10M以上的恒星最终将通过星核的引力塌缩而变成中子星或黑洞。
5．结尾
现在观测到的恒星质量范围为0．1-60M，质量小于0．08M的天体不能达到点火温度。因此，不发光，不能成为恒星。质量大于60M的天体中心温度过高而不稳定，至今尚未发现。
通过讨论我们大体可以了解到恒星的演化进程，主要经历：气体云——塌缩阶段——主序星阶段——主序后阶段——终局阶段。这对我们进一步了解恒星的演化有很重要的意义。
在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界。
恒星在宇宙中的分布是不均匀的。从诞生的那天起，它们就聚集成群，交映成辉，组成双星、星团、星系……
恒星是在熊熊燃烧着的星球。一般来说，恒星的体积和质量都比较大。只是．由于距离地球太遥远的缘故，星光才显得那么微弱。
古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的，所以给它起名“恒星”，意思是“永恒不变的星”。可是我们今天知道它们在不停地高速运动着，比如太阳就带着整个太阳系在绕银河系的中心运动。但别的恒星离我们实在太远了，以至我们难以觉察到它们位置的变动。
恒星发光的能力有强有弱。天文学上用“光度”来表示它。所谓“光度”，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。恒星表面的温度也有高有低。一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红；温度越高，光则越偏蓝。而表面温度越高，表面积越大，光度就越大。从恒星的颜色和光度，科学家能提取出许多有用信息来。
历史上，天文学家赫茨普龙和哲学家罗素首先提出恒星分类与颜色和光度间的关系，建立了被称为“赫-罗图的”恒星演化关系，揭示了恒星演化的秘密。“赫-罗图”中，从左上方的高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区，我们的太阳也在其中；这一序列被称为主星序，90％以上的恒星都集中于主星序内。在主星序区之上是巨星和超巨星区；左下为白矮星区。
恒星诞生于太空中的星际尘埃(科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”)。
恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主星序阶段，这一阶段占据了它整个寿命的90％。在这段时间，恒星以几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间。
在此以后，恒星将变得动**不安，变成一颗红巨星；然后，红巨星将在爆发中完成它的全部使命，把自己的大部分物质抛射回太空中，留下的残骸，也许是白矮星，也许是中子星，甚至黑洞……
就这样，恒星来之于星云，又归之于星云，走完它辉煌的一生。绚丽的繁星，将永远是夜空中最美丽的一道景致。
恒星的运动
世间万物无不都在运动，恒星虽然看似在天空中恒定不动，其实它也有自己的运动。由于不同恒星运动的速度和方向不一样，它们在天空中相互之间的相对位置会发生变化，这种变化称为恒星的自行。全天恒星之中，包括那些肉眼看不见的很暗的恒星在内，自行最快的是巴纳德星，达到每年10．31角秒(1角秒是圆周上1度的1／3600)。一般的恒星，自行要小得多，绝大多数小于1角秒。
恒星自行的大小并不能反映恒星真实运动速度的大小。同样的运动速度，距离远就看上去很慢，而距离近则看上去很快。因为巴纳德星离开我们很近，不到6光年，所以真实的运动速度不过88km／s。
恒星的自行只反映了恒星在垂直于我们视线方向的运动，称为切向速度。恒星在沿我们视线方向也在运动，这一运动速度称为视向速度。巴纳德星的视向速度是-108km／s(负的视向速度表示向我们接近，而正的视向速度表示离我们而去)。恒星在空间的速度，应是切向速度和视向速度的合成速度，对于巴纳德星，它的速度为139km／s。
上述恒星的空间运动，由三个部分组成。第一是恒星绕银河系中心的圆周运动，这是银河系自转的反映。第二是太阳参与银河系自转运动的反映。在扣除这两种运动的反映之后，才真正是恒星本身的运动，称为恒星的本动。
空间分布
除了单独的恒星之外，联星系统可以是两颗或更多的恒星受到重力的约束而在轨道上互绕着，最普通的联星系统就是联星，但是三颗或更多恒星的系统也有被发现。而因为轨道要稳定的缘故，这些联星系统经常会形成阶级制度的共轨联星。也存在着更大的、被称为星团的集团：范围从只有几颗恒星的星协，到最庞大的拥有数十万颗恒星，称为球状星团的集团。
联星系统是长期处在特定重力场约束下的恒星集团，通常都由巨大的O和B型恒星组成，而且80％的恒星是联星系统是多星系统。伴星单独恒星的部分因为更小的天体被发现而有所增加，仅有25％的红矮星被发现有伴星。因为85％的恒星是红矮星，所以在银河系内多数的恒星都是单独的。
恒星在宇宙中的分布是不均匀的，并且通常都是与星际间的气体、尘埃一起存在于星系中。一个典型的星系拥有数千亿颗的恒星，而再可观测的宇宙中星系的数量也超过1000亿个(1011)。过去相信恒星只存在于星系之中，但在星系际的空间中也已经发现恒星。天文学家估计宇宙至少有．700垓(7x1022)颗恒星。
除了太阳之外，最靠近地球的恒星是半人马座的比邻星，距离是39．9兆(1012)公里，或4．2光年。光线从半人马座的比邻星要4．2年才能抵达地球。在轨道上绕行地球的航天飞机速度约为8公里／秒(时速约30，000公里)，需要150，000年才能抵达那儿。像这样的距离，包括邻近太阳系的地区，在星系盘中是很典型的。在星系的中心和球状星团内，恒星的距离会更为接近，而在星晕中的距离则会更遥远。
由于相对于星系的中心，恒星的距离是非常开阔的，因此恒星的相互碰撞是非常罕见的。但是在球状星团或星系的中心，恒星碰撞则很平常。这样的碰撞会形成蓝掉队星，这些异常的恒星比在同一星团中光度相同的主序带恒星有着更高的表面温度。恒星间距离非常遥远，天文学上一般用光年来量度恒星间的距离。而距离的测定则可以通过周年视差法、星团视差法、力学视差法、造父变星法等进行测量。
第四节 银河系
简 介
银河系是地球和太阳所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名。银河系约有2000多亿个恒星。银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，太阳位于距银河中心2．3万光年处。鼓起处为银心是恒星密集区，故望去白茫茫的一片。银河系俯视像一个巨大的漩涡，这个漩涡有四个旋臂组成。太阳系位于其中一个旋臂(猎户座臂)，逆时针旋转(太阳绕银心旋转一周需要2．5亿年)。
银河系呈漩涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。有946080000亿千米。中间最厚的部分约12000光年。太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上，距离银河系中心约2．3万光年。
银河系是一个巨型漩涡星系，Sb型，共有4条旋臂。包含一二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米／秒，太阳绕银心运转一周约2．5亿年。银河系的目视绝对星等为一20．5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前。
特 征
银河系是太阳系所在的恒星系统，包括1200亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的总质量是太阳质量的1400亿倍。在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内，扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分~Itl广"核球”，半径约为7千光年。核球的中部叫“银核”，四周111．广1"银盘”。在银盘外面有一个更大的球形，那里星少，密度小，称为“银晕”，直径为7万光年。银河系是一个漩涡星系，具有漩涡结构，即有一个银心和两个旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋转速度和周期，因距银心的远近而不同。太阳距银心约2．3万光年，以250千米／秒的速度绕银心运转，运转的周期约为2．5亿年。
银河系物质约90％集中在恒星内。恒星的种类繁多。按照恒星的物理性质、化学组成、空间分布和运动特征，恒星可以分为5个星族。最年轻的极端星族I恒星主要分布在银盘里的旋臂上；最年老的极端星族Ⅱ恒星则主要分布在银晕里。恒星常聚集成团。除了大量的双星外，银河系里已发现了1000多个星团。银河系里还有气体和尘埃，其含量约占银河系总质量的10％，气体和尘埃的分布不均匀，有的聚集为星云，有的则散布在星际空间。20世纪60年代以来，发现了大量的星际分子，如CO、H，O等。分子云是恒星形成的主要场所。银河系核心部分，即银心或银核，是一个很特别的地方。它发出很强的射电、红外，X射线和γ射线辐射。其性质尚不清楚，那里可能有一个巨型黑洞，据估计其质量可能达到太阳质量的250万倍。对于银河系的起源和演化，知之尚少。
1971年英国天文学家林登．贝尔和马丁。内斯分析了银河系中心区的红外观测和其他性质，指出银河系中心的能源应是一个黑洞，并预言如果他们的假说正确，在银河系中心应可观测到一个尺度很小的发出射电辐射的源，并且这种辐射的性质应与人们在地面同步加速器中观测到的辐射性质一样。三年以后，这样的一个源果然被发现了，这就是人马A。
人马A有极小的尺度，只相当于普通恒星的大小，发出的射电辐射强度为2×10(34次方)尔格／秒，它位于银河系动力学中心的0．2光年之内。它的周围有速度高达300公里／秒的运动电离气体，也有很强的红外辐射源。已知所有的恒星级天体的活动都无法解释人马A的奇异特性。因此，人马A似乎是大质量黑洞的最佳候选者。但是由于目前对大质量的黑洞还没有结论性的证据，所以天文学家们谨慎地避免用结论性的语言提到大质量的黑洞。我们的银河系大约包含2000亿颗星体，其中恒星大约1000多亿颗，太阳就是其中典型的一颗。银河系是一个相当大的螺旋状星系，它有三个主要组成部分：包含旋臂的银盘，中央突起的银心和晕轮部分。
螺旋星系M83，它的大小和形状都很类似于我们的银河系。银盘外面是由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体，称为银晕。直径约10万光年。
依据欧洲南天天文台(ESO)的研究报告，估计银河系的年龄约为136亿岁(109年)，几乎与宇宙一样老。由天文学家所组成的团队在2004年使用甚大望远镜(VLT)的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究，首度在球状星团NGC 6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进了2至3亿年，因而估计球状星团的年龄在134土8亿岁，因此银河系的年龄不会低于136±8亿岁。
银河系有4条旋臂，分别是人马臂、猎户臂、英仙臂、天鹅臂。太阳位于猎户臂内侧。旋臂主要由星际物质构成。银河系也有自转。太阳系以每秒250千米速度围绕银河中心旋转，旋转一周约2．2亿年。银河系有两个伴星系：大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。与银河系相对的称之为河外星系。