作者：黄姤
海洋就好比一望无垠的宇宙，海洋中矗立着许多岛屿；宇宙也像海洋一样，遍布了不计其数的宇宙岛。这些绚丽多姿的星系是构成宇宙这个庞大结构的基石，它们的存在是宇宙历史事件最有力证据，它们见证了宇宙百亿年的发展。
在漫长的宇宙演化轨迹中，有的星系吸星引云；有的多次与其他星系磨肩直到归聚合成一体；有的星系孑然一身在属于自己的地方感受岁月更迭。
星系不同的演化历程让星系培养出各异的物理性质，怎样在百亿年的“星系化石”中提取到有用的信息，让我们理解历史长河中星系所经历的缠绕盘桓的物理过程，是所有天体物理学家毕生的梦想。
星系的图像巡天与光谱巡天
对星系进行光学波段的观测，分为光谱和成像两部分。图像巡天除了可以描绘出绚丽多姿而形态各异的星系，同时也可以确定星系在宇宙的二维投影位置。光谱巡天可以让我们看见星系物理性质的印记，而这个印记是揭开星系起源奥秘的主要论据。只有对星系进行光谱分析除了可以估算出星系的年龄，同时也可以分析出星系的化学组成成分。
在过去的几十年间，有很多光谱巡天项目都有了重大的发现，例如：斯隆数字红移巡天项目和我国郭守敬天文望远镜独立完成的大规模光谱巡天项目突破了天文观测受限的瓶颈，获得了大量的天体光谱数据。斯隆数字红移巡天和郭守敬天文望远镜对准的区域是星系的中心，辐射光线通过单根光纤传输到光谱仪上，色散后就可以得到天体的光谱数据，这些叫做光纤光谱数据。
图源：freepic
实际上，光谱所携带的这些反映出的是星系中心区域的性质。星系中心区域的那些古老恒星组成的核球和核球周围新生恒星组成的恒星盘共同构建成一个最基本的星系，也就是星系的最基本结构是：古老恒星组成的核球和新生恒星组成的恒星盘。
核球和恒星盘这两个不同性质的结构有着完全不一样的性质的演化历程。正所谓“井底之蛙，坐井观天”，假如只研究星系的中心区域，那么对于星系的研究结果会与真实的情况存在差异。
图解：核球和恒星盘
由于天文学的需求促进了积分视场观测技术的飞快发展，不仅提高了星际空间的分辨能力，还让星系二维光谱的观测效率得到了更准确的数据，因此近年来天文学家在研究近邻星系中有了史无前例的重大突破。
二维积分视场星系中心的区域空间分辨能力能够体现出将单光纤捆扎在一起，单根光纤色散出相应位置的光谱数据，利用这种方法就可以做到对星系进行全方位无死角的观测。
通过对二维积分视场的观测数据分析，星系的性质分别有恒星速度场、Hα发射线辐射强度、气体速度场。它们的光谱数据证明了一个事实，对于观测者来说：
绿色代表的是静止不动的；
蓝色是正在靠近观测者的；
红色是正在远离观测者的；
星系的形态分类
年之前天文学家就已经发现了众多形态各异的星系，埃德温·哈勃为了区分出星系的类型，于是他用“音叉图”来对星系进行分类：
椭圆星系和透镜星系属于早型的星系，因此位于音叉柄上；
漩涡星系和棒旋星系属于晚型的星系，因此位于分叉两处；
这个经典的星系分类系统，能够让天文学家通过研究星系的类型来总结背后的物理本质；通过对星系性质的进一步研究发现，越往音叉右边星系的恒星就越年轻化，越往音叉右边星系的恒星蓝移现象就越明显，说明越靠近星系外围的恒星会渐渐远离星系中心，因此星系的外型就越大。
图解：星系分类示意图
自从哈勃采用了这个星系分类法之后，天文学家就一直采用这个方法对星系分类，并且沿用至今。
随着三维成像积分视场巡天的观测项目开展，天文学家发现对早型星系运动学有了本质变化的新认知。二维积分视场中的光谱图像中，早型星系呈现的图像是光滑平整的，天文学家认为恒星是在更平滑的范围内不规则运动的，恒星会相互抵消彼此的角动量，所以星系的自转不会有很大的速度。
天文学家根据星系的三维积分视场图像与自转数据，发现绝大部分的早型星系和个别椭圆星系都是自转速度相当快的椭圆球体，自转的速度与旋涡星系差不多。
根据自转速度的快慢，研究人员将早型星系分为两类，分别是“快速自转型”和“慢速自转型”。研究人员进一步指出根据光谱来分类星系的类型不一定是完全准确的，光谱对于被归类为椭圆的星系来说，错误分类的比例可高达66%，这样一来也就说明了哈勃音叉星系分类法的准确率不一定是%。
天文学家于是用一种新的星系分类法代替了哈勃音叉图分类法，这种方法与哈勃音叉图分类法有点相似，简称·梳子形分类法。
位于梳柄最左边的是早型星系，自转的速度从左往右由低变高，而旋涡星系位列在三根梳齿上，并非只有音叉图的两叉。自转速度快的星系位于梳齿与梳柄的连接处，从这个梳子形示意图可以看出这些星系都是由旋涡星系演化而来的。
图解：梳子形示意图（右）
星系中的恒星盘和气体盘不同的旋转方向
上面图片展示的是3个旋转方向不同的星系速度场；分别是：
旋转方向相反的气体盘与恒星盘、
旋转方向相反的恒星盘与恒星盘、
旋转方向相反气体盘与气体盘、
最左边显示的是斯隆数字巡天项目之一的多色图像，位于紫色六边形内的是二维积分视场
覆盖的区域、观测的对象是恒星盘速度场、气体盘速度场。
最右边是不同盘成份的模型图，气体盘用蓝色展示，恒星盘用红色展示。
第二列图片是恒星盘速度场、第三列图片是气体盘速度场图片：静止不动地用绿色展示，具有蓝移运动状态的用蓝色展示，具有红移运动状态的用红色展示。
有那么一部分的天文学家赞同恒星盘起源于气体云坍缩，冷却后的星系中存在很多密度大且寒冷的气体，在重力的物理作用下最终塌缩成恒星盘，所以恒星盘不仅继承了气体云的角动量，同时也具有和气体云一样的的旋转方向。
早在20世纪末的时候已经有天文学家对星系的旋转方向进行了光谱观测研究，发现了星系中的恒星盘和气体盘奇特的运动学性质，例如气体盘与恒星盘，恒星盘与恒星盘，气体盘与气体盘旋转的方向不一样。这些天文学家对星系中的恒星盘和气体盘如此奇特的运动学性质持续研究了十多年，但是研究的结果并未能得到天文学界的高度重视，于是那些天文学家就没有一直研究下去。
随着积分视场巡天项目的显示结果，天文学界才意识到星系运动学对研究星系有着非凡的意义。星系运动学中旋转方向不一样的现象出现的机率是由星系的类型决定的，晚型星系出现的机率为2～5%，而早型星系中透镜星系和椭圆星系出现的机率高达30～40%。
星系是一个独立的天体系统，恒星盘是由气体吸积而成，从角动量守恒这点来看，恒星盘在形成的过程中组成恒星的成分和气体旋转方向是一样的。
虽然超新星爆发的能量或者黑洞的引力对星系气体旋转方向有着一定的影响，但是不可能把恒星盘或者气体盘原来的旋转方向完全反转过来。
星系的演化与生命的演化有一定的相似性，都是外因和内因共同作用下的产物；既然星系自身不可能造成旋转方向反过来，那么造成这个现象的原因也就只有是外部环境因素带来的影响，比如星系的合并或者从宇宙网、暗物质晕以及其他相邻星系吸积过来的气体。
外部因素会完全改变星系的命运
星系从相邻星系吸积角动量方向不同的气体，吸积过来的气体达到一定的条件后会产生新的恒星盘，而新生的恒星盘的旋转方向是与吸积过来的气体旋转方向是一样的，因此就会产生一个新的问题：吸积过来的气体会影响星系的后续演化吗？
结合外部和内部的种种因素，用科学的角度来分析这个问题，以假设和模型作为依据，吸积过来的气体是会对星系造成影响的，这个外部的因素会完全改变星系的命运。
举例说明一：
假如有一个气体含量较少的早型星系从相邻星系吸积了角动量方向不同的气体，只要恒星盘和气体盘相互不平行或者是相互垂直的，那么恒星盘的引力作用会让气体盘向着恒星盘靠拢，直到气体盘与恒星盘合并在一起。
在这个转变的过程中，在气体盘和恒星盘之间的引力相互作用这种情况下，吸积到的气体只是早型星系演化中的特殊片段，虽然在演化的过程中捕获了一个反转的气体盘，但是完全不会影响到星系原来的性质。
举例说明二：
假如有一个气体含量较多的漩涡星系从相邻星系吸积了角动量方向不同的冷气体，如果捕获到的气体的角动量是大于星系中原有气体角动量的话，那么气体与气体之间会产生很剧烈的碰撞。这样一来星系中原有的气体会与捕获到的气体发生相互作用，这样就会造成角动量有很大的变化。
比如星系中原有的气体会与捕获到的气体的角动量相互抵消，由于星系的中心具有一定的引力，冷气体会以自由落体的方式向着星系中心区域靠拢，星系中心有大量的冷气体聚集，所以就引发了中心星暴，诞生新的恒星。
但是此时星系周边区域的冷气体是比较少的，这种情况就会抑制了星系周边区域形成新的恒星。
由于星系原有气体的角动量小于捕获到的气体，因此星系原有的旋转方向最终被转变为一个气气体与恒星盘反转的星系。
下面图片展示的星系就是这种情况，中心蓝核就是星暴的光谱数据，星暴过后在星系中心区域诞生了一个核球，这个时候恒星盘周边的气体旋臂的就会消失，原本属于漩涡型的星系会演化为透镜星系，也就是说这个星系的命运被彻底改变了。
其次，星暴这一过程在三维积分视场梳子形分类法中，是位于三根梳齿上的漩涡星系往梳齿与梳柄连接处的透镜星系方向演化的，这就提供了有据可证的事实。同时这也是透镜星系出现旋转方向反转的机率高于其它类型星系的原因。
举例说明三：
假如有一个气体含量较多的漩涡星系从相邻星系吸积了角动量方向不同的冷气体，如果捕获到的气体的角动量是小于星系中原有气体角动量的话，那么被捕获的气体的角动量会被原有气体的角动量取替，所以气体盘与恒星盘的旋转方向就会一样。
除了以上三种可能，星系的合并也有可能会造成星系运动学出现相互反转的现象，文学家学家通过研究发现，星系合并的过程会在星系图像中有明显的潮汐尾和壳层结构等一些暗弱的遗迹特征。
天文学家整合深场巡天图像中星系合并后的遗迹特征，得出以下结论：星系合并后造成气体盘与恒星盘旋转方向不一样的现象，早型星系的比例达到20%，所以在其他星系获取气体比星系合并后造成的气体盘与恒星盘旋转方向不一样的机率要高。
黄姤结语：
众所周知，地球是依赖太阳提供的能量才能繁衍生息，然而银河系之中就包括多亿颗恒，宇宙实在是太过宏大了，目前对它的了解只是冰山一角，比如星系中包含的物质、物理性质以及物理机制，星系中的天体结合在一起会产生什么样的影响，我们依然对这些知之甚少。
现代的天文学家和物理学家正在通过宇宙学原理来解答宇宙的规律。从二维积分视场巡天到三维积分巡天当中得到的观测数据表明，星系中的运动学是可以被揭秘的。
了解星系所经历的纷繁复杂的物理过程，是天文学家了解宇宙运行机制的重要基石，虽然有些星系距离我们很遥远，但是通过对它们的观测和整合过往的数据，会让我们更加了解隐藏在“星系化石”当中的奥秘。