簡要介紹
河外星系，簡稱為星系，是位于銀河系之外、由幾十億至幾千億顆恒星、星雲和星際物質組成的天體系統。目前已發現大約10億個河外星系。銀河系也隻是一個普通的星系。人們估計河外星系的總數在千億個以上，它們如同遼闊海洋中星羅棋布的島嶼，故也被稱為“宇宙島”。
名稱由來
銀河系以外還有許許多多的天體。在天空中有一種天體，用小型望遠鏡看，它幾乎和銀河系的星雲差不多，不能分辨。如果用大望遠鏡看，就會發現，它們不是彌漫的氣體和塵埃，而是可以分辨的一顆顆恒星組成的，形狀也象一個旋渦。它們是與銀河系類似的天體系統，距離都超出了銀河系的範圍，因此稱它們為“河外星系”。仙女座星系就是位于仙女座的一個河外星系。河外星系與銀河系一樣，也是由大量的恒星、星團、星雲和星際物質組成。目前觀測到的星系有10億個之多，如1518---1520年葡萄牙人麥哲倫環球航行到南半球，在南天空肉眼發現了兩個大河外星雲（河外星系）命名為：大麥哲倫雲和小麥哲倫雲，它們是距銀河系最近的河外星系，而且和銀河系有物理聯系，組成一個三重星系。
星體發現
關于河外星系的發現過程可以追溯到兩百多年前。在當時法國天文學家梅西耶 ( Messier Charles ) 為星雲編制的星表中，編号為M31的星雲在天文學史上有着重要的地位。初冬的夜晚，熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一個模糊的斑點，俗稱仙女座大星雲。從1885年起，人們就在仙女座大星雲裡陸陸續續地發現了許多新星，從而推斷出仙女座星雲不是一團通常的、被動地反射光線的塵埃氣體雲，而一定是由許許多多恒星構成的系統，而且恒星的數目一定極大，這樣才有可能在它們中間出現那麼多的新星。如果假設這些新星最亮時候的亮度和在銀河系中找到的其它新星的亮度是一樣的，那麼就可以大緻推斷出仙女座大星雲離我們十分遙遠，遠遠超出了我們已知的銀河系的範圍。但是由于用新星來測定的距離并不很可靠，因此也引起了争議。直到1924年，美國天文學家哈勃用當時世界上最大的2.4米口徑的望遠鏡在仙女座大星雲的邊緣找到了被稱為“量天尺”的造父變星，利用造父變星的光變周期和光度的對應關系才定出仙女座星雲的準确距離，證明它确實是在銀河系之外，也像銀河系一樣，是一個巨大、獨立的恒星集團。因此,仙女星雲應改稱為仙女星系。從河外星系的發現，可以反觀我們的銀河系。它僅僅是一個普通的星系，是千億星系家族中的一員，是宇宙海洋中的一個小島，是無限宇宙中很小很小的一部分。
基本分類
旋渦星系
旋渦星系符号為S0，它具有一個核心部分，稱為核球。核球外面是一個薄薄的圓盤。從核球外緣附近有兩條或更多條旋臂向外延伸出去，極少發現有一條旋臂的。核球部分有的比較圓，有的比較扁，也可以用E0—E7來表示核球的形狀。n旋渦星系還可以分為Sa、Sb、Sc等次型。分類的标準有兩條旋臂的開展程度與核球的相對大小。Sa型核球的相對大小最大，旋臂纏得最緊；Sc型核球的相對大小最小，旋臂最開展。n多數旋渦星系有兩條對稱的旋臂，如獵犬座旋渦星系M51、三角座旋渦星系（M33）；室女座河外星系又稱草帽狀星系，是巨大的旋渦星系，從側面看中央突出呈球形，赤道邊緣呈盤狀，四周有旋臂。但是一般說來，多旋臂常出現在星系外邊緣，而且很短，纏得很緊。還有些旋渦星系的形狀很特殊，例如有的有環狀結構，有的旋臂極不規則，呈“V”字形等等。n
不規則星系
不規則星系符号為I或In。它具有不規則的形狀，又分為兩個次型IrrI。IrrI型不規則星系中心沒有核，看不出有旋轉對稱性，它的恒星組成類似于Sc，偶而隐約可以看見旋渦結構。IrrⅡ型則完全不規則，是一種特殊天體，如著名的M82。n
活動星系
活動星系，這是一些核心部分非常明亮而且有強烈活動的星系。核發出的光往往占星系總輻射的大部分。它又包括很多種類型如N星系、賽佛特星系等等。從星系數按類型的分布來看星系中旋渦星系（包括棒星系）所占比例最大，約60%以上，不規則星系占比例最少，僅占2%左右。
主要特征
大小
橢圓星系的大小差異很大，直徑在3300多光年至49萬光年之間；旋渦星系的直徑一般在1.6萬光年至16萬光年之間；不規則星系直徑一般在6500光年至2.9萬光年之間。當然，由于星系的亮度總是由中心向邊緣漸暗，外邊緣沒有明顯界線，往往用不同的方法測得的結果也是不一樣的。質量：星系質量一般在太陽質量的100萬至10000億倍之間。橢圓星系的質量差異很大，大小質量差竟達1億倍。相比之下，旋渦星系質量居中，不規則星系一般較小。
運動
星系内的恒星在運動，星系本身也有自轉，星系整體在空間同樣在運動。星系的紅移現象 所謂星系的紅移現象，就是在星系的光譜觀測中，某一譜線向紅端的位移。為什麼有這種位移呢？這種位移現象說明了什麼呢？根據物理學中的多普勒效應，紅移表明被觀測的天體在空間視線方向上正在遠離我們而去。1929年，哈勃發現星系紅移量與星系離我們的距離成正比。距離越遠，紅移量越大。這種關系被稱之為哈勃定律。這是大爆炸宇宙學的實測依據。
分布
星系在宇宙空間的總體分布是各個方向都一樣，近于均勻。但是從小尺度看，星系的分布又是不均勻的，與恒星的分布一樣，有成團集聚的傾向，大麥哲倫星系和小麥哲倫星系組成雙重星系。它們又和銀河系組成三重星系。加上仙女座大星系等構成了本星系群。
演化
作為龐大的天體系統來說，星系也是有形成、發展到衰亡的演化過程。星系從形态序列看有橢圓星系、旋渦星系和不規則星系。
目前，已發現10億個河外星系。最著名的河外星系由：仙女座河外星系、獵犬座河外星系、大麥哲倫星系、小麥哲倫星系和室女座河外星系等。
一般性質
一、結構
不規則星系談不上結構。E系一般由核和暈組成。核又分為核球和核心。有些矮E系沒有核。S系(包括SB)最複雜，有核心、核球、盤和暈，盤内又有旋臂。S0系和E系的主要差别是SO系有盤，SO系和S系的差别是SO系沒有旋臂。
二、光譜
河外星系是很複雜的天體系統，它的光是它的各組成部分發出光的總和。因此，當我們把河外星系作為整體進行分光研究時，拍到的光譜是它所有組成部分的光譜的疊加。顯然，組成部分不同，河外星系的光譜也不同。河外星系的組成與它的類型有關，因此，不同類型的累積光譜是不同的。橢圓星系的累積光譜型最晚，大緻相當于K型。從橢圓星系到不規則星系，累積光譜型越來越早。Ivr型的累積光譜型同Sc型差不多，相當于A型或F型。不同類型的光譜的不同意味着它們的顔色也不同。從橢圓星系到不規則星系，色指數越來越小，就是說，橢圓星系最紅，不規則星系最藍。對旋渦星系來說，核球部分和旋臂部分的光譜和顔色有顯著的不同：核球部分類似于橢圓星系，光譜型較晚，顔色較紅，而旋臂部分的光譜型較早，顔色較藍。
星系的主要組成部分是恒星，累積光譜主要是類似于恒星的吸收光譜。但是，也有相當多的星系，光譜中除了吸收線外還有一些發射線。橢圓星系中有發射線的最少。從橢圓星系到不規則星系，有發射線的的星系所占的比例越來越大。對Sc系和Irr系來說，有發射線的甚至占絕大多數。少數特殊河外星系的光譜主要是發射線，吸收線很少，有的甚至完全沒有吸收線。還有個别的河外星系隻有累續光譜，至今沒有看到任何譜線。
三、亮度
如果知道了河外星系的距離，從觀測得到的視星等可以求得絕對星等，或者光度。觀測表明，河外星系的絕對星等彌散很大。其中橢圓星系的絕對星等彌散最大，最亮的可以亮至-22等，最暗的可以暗到-10等以下。旋渦星系和不規則星系的絕對星等相對說來彌散較小。
範登堡按照絕對星等的大小把河外星系分為五類：超巨系、亮巨系、巨系、亞巨系和矮系。這五類分别以羅馬字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示。基于這一點，範登堡提出了河外星系的二元分類法，即在哈勃類型的基礎上再加上光度型。這種分類法與恒星的二元光譜分類法很類似。
表面亮度。河外星系是面光源，我們可以測量它的表面亮度，研究表面亮度的變化規律。通常，表面亮度用星等／角秒2表示。一般說來，物質密度越大，輻射就越強，光度在星系視面上的變化情況反映了物質分布的情況。因此，研究亮度的變化規律，對搞清星系的結構是很有價值的，不同類型星系的表面亮度很不相同，橢圓星系的亮度、旋渦星系的亮度、透鏡狀星系的亮度各有不同。
四、恒星組成
研究河外星系的恒星組成的最直接方法是盡可能地用大望遠鏡把星系分解為恒星。的确，在較近的星系裡觀測到大量的各種類型的恒星，如OB星、中晚型超巨星、天琴座RR型變星、經典造父變星、新星、超新星、長周期變星等。也觀測到許多疏散星團和球狀星團。但是這種方法受到很大限制，因為，河外星系畢竟離我們太遠了。即使對于較近的星系，也隻能觀測到它裡面的高光度恒星。比如說，仙女座大星雲，如果用5米望遠鏡觀測，取它的極限星等為23等，也隻能觀測到絕對星等-1.4等的恒星，像太陽型矮星根本就觀測不到。如果星系的距離超過一百萬秒差距，即使裡面有超新星爆發，我們也觀測不到。一般說來，我們可以通過研究星系的光譜和顔色來研究星系的恒星組成。
橢圓星系和旋渦星系的核球在光譜、色指數等方面很相似，說明它們的恒星組成很相似。相對說來，旋臂的光譜型較早，顔色較藍，說明旋臂的恒星組成與核球的不一樣。正是根據對銀河系和河外星系的研究，巴德才提出了兩個星族的概念。橢圓星系和旋渦星系的核球主要由星族Ⅱ組成；旋臂及不規則星系主要由星族Ⅰ組成。但是需要指出，每個星系，包括橢圓星系和不規則星系，決不是隻包括一種星族的恒星。比如說，橢圓星系的光譜裡常有一些重元素的譜線。這些譜線的強度表明，重元素的含量比極端星族Ⅱ恒星高。因此，橢圓星系也可能包含一些盤星族恒星。相反，不規則星系，也可能包含一些星族Ⅱ恒星，如大小麥哲倫雲裡發現了許多天琴座胍型變星和球狀星團，這些都是極端星族Ⅱ的恒星。
五、氣體和塵埃含量
許多星系的光譜中有類似于銀河星雲的發射線，說明它們有星際氣體存在。中性氫21厘米譜線的觀測也證實了這點。橢圓星系中有發射線的很少；另外，除了一個橢圓星系外，其餘的迄今為止還沒有觀測到中性氫21厘米線。這些說明橢圓星系中沒有氣體或氣體很少。但是，有一些橢圓星系的核心部分，觀測到強的發射線，包括許多禁線，因此，在核心部分應該有氣體存在。橢圓星系和不規則星系肯定有星際氣體和塵埃。事實上，在一些較近的旋渦星系和不規則星系裡，直接看到許多氣體星雲。觀測表明，從Sa到Irr氣體含量逐漸增加，Irr中氣體的含量達 20％以上。氣體和塵埃主要集中在對稱面附近。在一些側面對着我們的旋渦星系中，可以清楚看到塵埃的消光作用産生的吸收暗帶。
