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2025-03-18
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- 宇宙奥德赛之旅，（1）地球，一个直径为12 742千米的“玻璃珠”（图4.22）。 图4.22 地球 已经存在了45.5亿年、质量约为6×1024千克的地球，是我们生活的家园。由于拥有合适的位置、质量和内部活跃程度，地球得以长期保有海洋、大气和磁场。海洋为生命诞生提供了舞台，大气阻止了海洋的蒸发，而磁场又保护了大气层的稳定。三者的共同作用，让地球变成了一个非常美丽的生命绿洲。就人类目前所知，它也是唯一一个拥有生命的星球。 （2）太阳系，一栋方圆1光年（1光年≈9.46×1012千米）的“别墅”（图4.23）。 盘踞在太阳系正中心的，是唯一的恒星太阳，其质量能达到2×1030千克，占太阳系总质量的99.86%。正因为如此，太阳系内的所有其他天体都必须臣服于它，并且周而复始地围绕它旋转。 太阳系一共有八环，从内到外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。里面的4个都是岩质行星，也就是以硅酸盐岩石为主要成分的行星；而所有岩质行星的中心，又有一个以铁为主的金属内核。外面的4个都是气态行星，也就是最外层区域由气体构成的行星；所有气态行星的中心，同样有由岩石和金属所构成的坚固内核。 图4.23 太阳系 太阳系内还有两个小行星聚集的区域，一个是位于四环和五环间的小行星带，另一个是位于八环以外的柯伊伯带。曾是太阳系第九大行星的冥王星，就位于这个柯伊伯带。柯伊伯带之外，还有一个包裹着太阳系、直径约为1光年的神秘球状云团，叫作奥尔特云，它是很多长周期彗星的故乡。 （3）银河系，一个直径10万光年的“城区” （图4.24）。 盘踞在银河系正中心的，是一个质量能达到太阳质量400多万倍的巨大黑洞，人马座A*。在它的周围有一个长度约为1万光年的棒状区域，是一个正在孕育新生恒星的育婴室。中心黑洞和棒状育婴室合在一起，就构成了银心。 银心之外有一个直径为10万光年的盘状结构，称为银盘。银盘上有一些恒星特别密集的区域，称为旋臂（图4.25）。最主要的悬臂有4条，包括青色的3000秒差距-英仙旋臂、紫色的矩尺-天鹅旋臂、绿色的盾牌-半人马旋臂以及红色的船底-人马旋臂。此外还有一些次要旋臂，例如太阳系“别墅”所在的橙色的猎户旋臂中。换言之，我们生活的太阳系，其实位于银河系“城区”内一个比较荒凉的地段。 图4.24 图4.25 旋臂 而在银盘之外还有一个球状区域，称为银晕。银晕内部稀稀落落地分布着一些非常古老的恒星和球状星团，堪称银河系养老院。银心、银盘和银晕，共同构成了拥有4000亿栋“别墅”的银河系“城区”。 （4）本星系群，一个横跨1000万光年的“城市”（图4.26）。 图4.26 本星系群 本星系群中有两个中心城区：银河系和仙女星系。银河系的周围大概有30多个矮星系，其中离我们最近的是大犬座矮星系和人马座矮椭球星系，而名气最大的则是大、小麦哲伦星云。大部分矮星系就像卫星一样绕银河系公转，因而也被称为卫星星系。其他矮星系则只是从银河系周围飞掠而过。 另一个中心城区是与地球相距254万光年的仙女星系。仙女星系是本星系群的老大，其直径能达到22万光年，而质量能达到太阳质量的1.5×1012倍。在仙女星系中心，同样盘踞着一个超大质量黑洞，其质量能达到太阳质量的1亿倍，是银心黑洞的20多倍。在成为本星系群老大的过程中，仙女星系吞并了大量的矮星系；所以在它周围，现在只剩下10多个矮星系。 最惊悚的是，仙女星系正在以110千米／秒的速度向银河系飞驰而来。大概再过40亿年，两者就会发生碰撞，最终并合成一个巨大的椭圆星系，即银河-仙女星系。 （5）室女座超星系团，一个横跨1亿光年的“省”（图2.1）。 室女座超星系团的“省会”，是一座与地球大概相距6000万光年、拥有2000多个星系的“大城市”，即室女座星系团。室女座星系团有4个“主城区”，分别是M87、M86、M89和M49星系。 其中最有名也处于最核心位置的“主城区”，是M87星系。这是一个超巨椭圆星系，拥有几万亿颗恒星和15 000个球状星团。M87星系有一个非常显著的特征：它有一条延绵5000光年、宛如宇宙探照灯的星际喷流（图4.27）。而在M87星系的中心，有一个质量能达到太阳质量65亿倍的巨型黑洞，叫M87*。M87*是第一个被人类拍到照片的黑洞，这让它成了公众知名度最高的黑洞之一。未来M87星系还会继续扩张，进而与另一个“主城区”，即M86星系，发生并合。 图4.27 M87星系的星际喷流 除了“省会”以外，室女座超星系团还有大概100个“城市”，其中绝大多数都是和本星系群一样的“小城”，也就是由几十个星系所构成的星系群。只有在这个“省”的边境地区，才有两个中等规模的“城市”：天炉座星系团和波江座星系团。此外，室女座超星系团并不是引力束缚系统。这意味着，这个“省”内的绝大多数“小弟”都不怎么理睬室女座星系团这个“老大”，而纷纷奔向人马座方向的“一线城市”，即巨引源。 （6）拉尼亚凯亚超星系团，一个横跨5亿光年的“国家”（图4.28）。 图4.28 拉尼亚凯亚超星系团 质量能达到银河系10万倍的拉尼亚凯亚超星系团，其地形宛如一个巨大的山谷。位于“中心谷地”位置（坐标银经307度、银纬9度）的，就是这个帝国的“首都”巨引源。巨引源的质量能达到太阳质量的5×1016倍。巨大的质量产生了巨大的引力，让包括银河系在内的上万个星系，都在以600~1000千米／秒的速度朝它靠近。一般认为，巨引源的真身是矩尺座超星系团。 在巨引源这个“首都”的周围还有4个“省”，分别是长蛇-半人马座超星系团、室女座超星系团、孔雀-印第安超星系团和南方超星系团。其中，长蛇-半人马座超星系团环绕着巨引源，就像河北省环绕着北京市；所以，可以把这个“省”视为拉尼亚凯亚帝国的首都圈。而首都圈外的3个“省”，即室女座超星系团、孔雀-印第安超星系团和南方超星系团，分别位于西南、西北和南方的“山谷”上。 把这4个“省”连在一起的“道路”，就是引力。你可以把引力想象成蜘蛛丝。由于引力的存在，这4大“省”就连成了一张巨大的蜘蛛网，进而覆盖了拉尼亚凯亚“帝国”的整个山谷。位于蜘蛛网上的上万个星系，都在引力蛛丝的牵引下向着位于中心谷地位置的巨引源运动。一张覆盖山谷的巨大蜘蛛网，这就是拉尼亚凯亚超星系团的全貌（图3.17）。 （7）武仙-北冕座长城，一个横跨100亿光年的“大洲”（图4.29）。 图4.29 武仙-北冕座长城 这个“大洲”是2013年才发现的。那一年，一群天文学家通过分析伽马暴巡天数据，发现在武仙-北冕座方向、离地球100亿光年远的地方，有一个伽马暴特别密集的区域。要想支撑数量如此之多的伽马暴，这片区域内就必须包含数百万个星系。这片空间区域后来就被人们称为武仙-北冕座长城。武仙-北冕座长城的长度达到了惊人的100亿光年，是人类目前发现的最大天体结构。 众多“大洲”汇聚成了延绵数十亿光年的纤维状结构，而在这些纤维状结构之间则存在着巨大的空隙，即宇宙空洞（图4.30）。目前发现的最大宇宙空洞是直径达到20亿光年的KBC空洞。我们居住的“国家”，就位于这个KBC空洞的边缘。因为宇宙中绝大多数的空间区域都是空洞，所以从大尺度的角度来看，宇宙很像一个内部有一堆洞的“瑞士奶酪”。 图4.30 宇宙空洞 （8）可观测宇宙，一个直径为930亿光年的“星球”（图4.1）。 可观测宇宙，是指以地球为中心、用望远镜能够看到的最大空间范围。前面已经讲过，横跨930亿光年的可观测宇宙，已经存在了138亿年，并且包含数万亿个星系。需要特别强调的是，可观测宇宙之所以存在，是因为宇宙一直处于膨胀的状态。 在可观测宇宙之外，其实还有更为辽阔的其他宇宙空间。但由于宇宙的膨胀，其他宇宙空间发生的事情，我们在地球上永远也不可能看到。所以，如果把宇宙比作一个层层嵌套的俄罗斯套娃，那么我们能看到的最大套娃就是可观测宇宙。当然，它也是这场宇宙空间之旅的终点。 最后，再说一件有趣的事情。 刚才我们按照从小到大的顺序，展示了8幅关于宇宙天体的画面。把这8幅画面串在一起，不仅是一场由近及远的宇宙空间之旅，还是一场回到过去的宇宙时间之旅。 原因非常简单。我们今天拍到的所有天体的照片，反映的都不是它们现在的样子，而是它们过去的景象。这是因为所有天体发出的光，都需要经过一定的时间才能到达地球，然后才可以被望远镜所捕捉。举个例子。太阳发出的光就需要8分钟才能传到地球，所以我们永远只能看到8分钟以前的太阳。从这个意义上讲，望远镜其实也是一个能通往过去的时间机器。 因此，在我们开启这场宇宙空间之旅的一刹那，就同时踏上了一场回到过去的时间之旅。在旅行的终点，我们不仅会到达宇宙的尽头，还会到达时间的起点，也就是宇宙创生的那一刻。 而从下一本书开始，我们将从宇宙创生的那一刻出发，开启一场返回现在的宇宙时间之旅。换句话说，我们将沿着时间长河顺流而下，一直漂游到今天的地球。这场宇宙时间之旅将解答最著名的哲学三问：我们从哪里来？我们是谁？我们将往何处去？ 未来的宇宙时间之旅，我们不见不散。
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