【深度認識】大麥哲倫星系

有沒有想過，當我們仰望星空，其實地球、太陽所在的銀河系(Galaxy)只是在宇宙裏千百億個星系中的其中一個？如果銀河系是一個熱鬧都市，那麼在我們隔着一片「宇宙海」的近鄰——大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud, 簡稱LMC)，就像是一個繁華但別具風格的分區。這個名字對很多香港人來說或許有點陌生，但它是南半球最容易觀測到的外星系(Extragalactic system)，也是天文學家研究恒星誕生、演化和星系互動的重要對象。本文將帶你一起穿越約16萬光年的距離，深入探索大麥哲倫星系。

什麼是大麥哲倫星系？

大麥哲倫星系是一個不規則形狀的矮星系(Dwarf irregular galaxy)，它是銀河系的「衛星星系」(Satellite galaxy，意即繞着銀河系公轉的小型系統)，同時也是銀河系最重要的近鄰之一。因為其明亮度高，加上它身處於南半球的天空，早於巴西探險家麥哲倫（Ferdinand Magellan）所領航的航海隊於1519年南下時已記錄在案，從而得名。雖然香港位處北緯，難以直接用肉眼觀察，但這個星系卻是南半球天文愛好者的「必賞」對象。

距離、體積與質量——與銀河系的「宇宙鄰居」比較

大麥哲倫星系與地球的距離約為163,000光年（約1.54 × 10²¹公里），你可以想像這是讓光線以每秒30萬公里的速度，也要用16萬年才抵達我們！相比銀河系直徑約為10萬光年，LMC不僅是我們「最近的鄰居」星系之一，也是人類肉眼可見的最遠天體之一。LMC本身直徑約為14,000光年，只是銀河系的1/7左右，因此它屬於「矮星系」。其體積約為1.6 × 10¹¹ 立方光年，而銀河系則接近1 × 10¹³立方光年，相差數以百倍。

如果說銀河系像一個巨大的蛋糕，大麥哲倫星系就像一塊分切下來的小蛋糕。質量方面，LMC包含約1.5 × 10¹⁰倍太陽質量(M☉)，銀河系則有約1.5 × 10¹²倍太陽質量。這意味着LMC的質量僅為銀河系的1%。

成分與恆星數量：年輕、活躍的星系

和銀河系一樣，大麥哲倫星系主要由恆星、氣體和暗物質(Dark Matter)組成。估計星系內共有約1,000億顆恆星，相比銀河系的4,000億顆尚有距離，但作為矮星系已非常壯觀。其獨特之處在於大麥哲倫星系蘊藏大量年輕、剛誕生的恆星和巨大的星雲(如著名的「蜘蛛星雲」Tarantula Nebula)。此外，LMC擁有豐富的氫氣(Hydrogen)和其他重元素，如氧(Oxygen)、碳(Carbon)、鐵(Iron)等。

從譬如我們的太陽這樣的「成年」恆星，到大麥哲倫星系這個「青春期」星系，最大分別是LMC的星際氣體豐富，孕育着大量新生恒星——這種景象在銀河系的「市中心」已較少見。

自轉與公轉——LMC的宇宙旅行

星系也會自轉。例如銀河系自轉一周需要約2億年，而大麥哲倫星系整體自轉速度較低，目前估算約250百萬年才自轉一圈。至於LMC繞銀河系公轉的「軌跡」，近代天文學家利用蓋亞計畫(Gaia Mission)和哈勃望遠鏡(Hubble)數據，發現LMC不是乖乖地每隔數十億年就原地繞一圈。事實上，它或許只是首次真正進入銀河系的引力範圍，被銀河系「捕獲」之旅剛開始，有可能最終會被完全吞噬。

有趣的是，LMC正以每秒約378公里（即時速超過130萬公里！）的速度移動，相對於我們的銀河系來說，像是一架超音速子彈列車，穿梭於宇宙間。

溫度變化——不是「一個溫度」的星系

提到溫度，星系不像我們的城市或地球一樣有個明確「平均氣溫」。LMC的恆星溫度分佈極為廣泛，從表面只有數千度的紅矮星，到上萬甚至幾十萬度的年輕高溫藍巨星。星雲的溫度通常在1萬至數萬度之間，而分子雲則冷至僅有幾十K（-200多攝氏度）。相比太陽：太陽表面溫度約為5,500°C，而LMC內部分新生巨星比太陽還要高出數倍。