牛郎星和织女星会相遇吗（如果真正的牛郎星和织女星碰到一起）

牛郎星和织女星会相遇吗（如果真正的牛郎星和织女星碰到一起）在力学的教科书中有详细的描述：当一个物体A经过另一个静止的物体B时，物体A的轨迹会受到物体B重力的吸引而朝向物体B弯曲。所以两物体不需要正面碰撞，但彼此会受到对方的重力影响，改变运动状态。弯曲的程度受到许多因素控制，例如物体A的速度较慢，弯曲的程度较严重；物体A离物体B较远，就比较不受影响。此外，除非是正面的碰撞，物体A的轨迹呈现出抛物线或双曲线，否则在特殊情形下，也有可能变成圆周运动。事实上，星系的碰撞和我们日常的经验不完全相同，严格说来，只能算是惊鸿一瞥。星系之间的相互作用靠的是重力，但是星系内，恒星之间的距离远大于恒星的截面积，几乎不可能有面对面的相撞；即使在星系团，星系以每秒数千千米的速度与其他星系擦肩而过，也不会造成影响。不过，假如星系以每秒数百千米的速度经过另一星系，那就很有可能严重地影响另一个星系，甚至会达到“天人合一”的境界。星系间的平均自由程λ为103L/π~106L/π

牛郎、织女除了是中国神话里的人物，也是天上的星座——牛郎星、织女星，

西洋人称为天鹰座α星、天琴座α星。民间传说每年农历七夕来临时，牛郎星和织女星会在喜鹊的牵引下，进行一年一度的相聚；现在我们已经知道它们根本不可能碰在一起。不过宇宙中的确有一些星系会碰在一起，这种巧遇谈不上迸出爱的火花，反而有时还真像是人间炼狱。

星系就像人类一样具有社会性，它们会成群地聚集在一起而形成星系团，星系团也会聚集成超星系团，就像人类的家庭、城市、省、国家一样。星系的聚集主要是靠重力，在这么大的尺度下，天文学家都假设没有其他作用力能够与重力相匹配，因此，在讨论星系的动力行为时，重力是最重要的作用力。

一般星系团内，各个星系之间的距离差不多是星系大小的10倍~100倍。

星系间的平均自由程λ为103L/π~106L/π，L是星系的大小。假如星系以每秒100千米运动，则星系大约每300万年～30亿年就会碰撞一次，因此在100亿年间，每个星系都可能有机会与其他星系碰撞一次。

以往许多天文学家并不重视星系碰撞的现象，但是最近的观测及理论的进展，再加上最新的数值模拟理论，逐渐证实星系碰撞比以前想象的次数还要多；除此之外，星系碰撞后会形成全新的外观，这对星系演化以及分类提供了新的解释。

碰撞乎？骚扰乎？

事实上，星系的碰撞和我们日常的经验不完全相同，严格说来，只能算是惊鸿一瞥。星系之间的相互作用靠的是重力，但是星系内，恒星之间的距离远大于恒星的截面积，几乎不可能有面对面的相撞；即使在星系团，星系以每秒数千千米的速度与其他星系擦肩而过，也不会造成影响。不过，假如星系以每秒数百千米的速度经过另一星系，那就很有可能严重地影响另一个星系，甚至会达到“天人合一”的境界。

在力学的教科书中有详细的描述：当一个物体A经过另一个静止的物体B时，物体A的轨迹会受到物体B重力的吸引而朝向物体B弯曲。所以两物体不需要正面碰撞，但彼此会受到对方的重力影响，改变运动状态。弯曲的程度受到许多因素控制，例如物体A的速度较慢，弯曲的程度较严重；物体A离物体B较远，就比较不受影响。此外，除非是正面的碰撞，物体A的轨迹呈现出抛物线或双曲线，否则在特殊情形下，也有可能变成圆周运动。

两星系团的交互作用较为复杂，简单地说，运动速度越慢，星系之间的碰撞就有足够的时间形成较大的潮汐力，星系会造成较大的变化。

潮汐力与重力差有关，同压力梯度类似，两相邻点受到不同程度的重力，因此感觉上二者之间还有一个作用力存在；在体积庞大的星系团，这种潮汐力现象特别明显。地球上每天两次的涨潮就是潮汐力的最佳例证。涨潮主要因为地球靠近月球的海水受到较大的重力吸引，使得海水朝向月球移动。假如我们想利用古典力学的方法求解两个以上物体因重力作用而相互运动的情形，基本上是无法解析地得到答案，所以想要了解两个相互接近星系的运动情形，除了电脑模拟，别无他法。有些聪明的理论学家为了知道某些特定性质，也许可以设计出模型，化简整个问题，但还是会忽略一些重点，所以在星系碰撞的问题上，电脑是不可或缺的工具。

星系的分类

早在18世纪，人们就已经知道天空中有一些模糊的物体，这些模糊的物体刚开始被称作星云，而漩涡状的星云则是早期科学家研究的重点。我们现在都知道，当时称作星云的，事实上就是星系——由数十亿颗恒星所组成的集合体。

根据哈勃的长期观测，

星系的形状可以分成三大类：一种是扁平状的螺旋星系，

一种是椭圆状的椭圆星系，

剩下的归为不规则星系。

刚开始大家并不了解这三类星系之间的相互关系，乃至于对这三类星系的形成原因都不清楚，例如螺旋星系为什么有这么壮观的旋臂，其旋臂是如何形成？为什么旋臂大都只有两条？为什么有时候螺旋星系中间还有一个棒状结构？这些问题至今都尚未完全解决，基本上，天文学家都认为麻省理工学院林家翘教授和加州柏克莱大学徐瑕生院士所提的“密度波理论”是旋臂形成的原因。至于外观看似简单的椭圆星系和状似复杂的不规则星系，还是令天文学家头疼的问题。

为什么有长相不同的星系

一个很直觉的问题：为什么会有三种长相截然不同的星系？假如从星系形成的原因下手，我们可以说当一团气体开始收缩，逐渐形成星系时，整个系统为了维持角动量守恒，所以会收缩成盘状结构。这个盘状结构会旋转，旋转轴垂直盘面，这应该是盘状螺旋星系形成的原因。那么，椭圆星系可能是因为整个系统的角动量太小，收缩过程中，比较不受角动量守恒的限制去形成盘状结构。至于少数的不规则星系就算是个意外吧！不过为什么有些气体团有较大的角动量，可以形成盘状星系？有些则因为角动量太小，只能形成椭圆星系？除此之外，椭圆星系内的气体和尘埃非常少，这又是什么原因？另外，那些属于意外的不规则星系真的只是突变种吗？它是否可以提供一些信息？

先前提到的星系碰撞，也许可以对这三大类星系之间的关系提供一些线索。的确，现在一些天文学家认为，星系碰撞是三大类星系形成的原因。将星系碰撞的现象研究清楚，一些重要的形态学问题应该可以迎刃而解，而电脑模拟就是那把利刃！

数值模拟之树枝状码

利用电脑模拟星系动力学问题时，一般都是将许多颗恒星当作一个质点来处理，而每个质点受到其他质点的重力吸引，再将这些重力加起来，利用牛顿运动定律，计算每个质点的运动情形。

例如整个系统有N个质点，每次光做重力叠加，就需要2N次。这么庞大的计算量，即使用超级电脑，也只能计算数千个质点的运动，但是如果用数千个质点来代表一个星系(1011颗恒星)，它所算出来的结果，是无法令人信服的！更何况是两个星系的碰撞。

向量化和平行化的计算机使得计算速度增加了。尤其是平行电脑，有时在一个主机板上装了数百颗CPU，就好像有数百台电脑同时进行运算。另外，科学家也发展了新的模拟技术——树枝状码，它的原理很简单：当电脑计算某个质点所受的重力时，对于附近的质点，就将重力一个个加起来；较远的质点，就将一团的质点群当作一个大质点处理。这种做法是令人信服的，例如我们在计算地球公转轨道的时候，也是将太阳当作一个质点看待。这种技术最先是由艾贝尔提出，他先设定一个标准，当一团质点群的δs/L小于某一数值K(δs是质点团的大小，L是质点团的距离)，就将这团质点群看成一个，若大于K，就将这团质点群分成两半，直到满足标准为止。这种方式就好像树枝一样，不断地分叉成两根较小的树枝。

利用树枝状码可以使整个模拟系统的质点数提高到数万个，甚至数十万个，这时星系碰撞的电脑模拟就变得可行了。普林斯顿大学的巴尼斯就是模拟星系碰撞的第一人，他对发展树枝状码也有很大的贡献。他模拟的结果对三大类星系之间的关系有重大突破。

最新的切割方式比较有规则性。例如巴尼斯在二维的模拟中，先将整个系统当成一个大的单元，然后将质点一个一个地依次放入单元内；假如单元内有两个以上的质点，就把单元四等分，直到每个单元内只有一个质点，分裂的四个小单元是原先母单元的子单元。

同样地，我们也要设定一个标准来计算重力，这次的δs是单元的边长，是单元的质量中心到质点的距离。当计算质点所受的重力时，我们先从最底层的母单元开始，假如这个单元的δs/L太大，就向上找它的子单元，看看子单元的δs/L是否满足我们设定的标准；假如满足，就将这个子单元当作一个质点，计算它所产生的重力。这种树枝状码一般可以使计算次数降低。

根据电脑屏幕所显示的结果来看，当两个螺旋星系相互碰撞后，外观会变得非常不规则，例如U形，但经过一段时间之后，会发展成椭圆星系。这和先前的说法大不相同。