宇宙空间之旅

今天贴的这篇，展现的就是宇宙奥德赛之旅前半段（即从地球飞到宇宙尽头）最核心的景点。对文中细节感兴趣的网友，可以看看王爽老师的新书《宇宙奥德赛：飞向宇宙尽头》和《给青少年讲宇宙科学》。我先用一些比喻，让你对宇宙的大小有一个直观的印象。如果把太阳系想象成一栋别墅，那么地球就是这栋别墅里的一颗玻璃珠。

4000 亿栋“别墅”合在一起，构成了一个“中心城区”。这个“中心城区”叫银河系。

银河系和另外一个“中心城区”（即仙女座星系），再加上周边的 50 个小型星系，就构成了一座“城市”。这座“城市”叫本星系群。

本星系群只是一座“小城”。在离它 5000 万光年远的地方还有一座拥有 2000 个星系的“大城市”，叫室女座星系团。以这个室女座星系团为“省会”，再加上方圆 1 亿光年内的 100 多个“城市”，就构成了一个“省”。这个“省”叫室女座超星系团。

室女座超星系团只是 4 个“省”之一。这 4 个“省”像群山一样，环绕着一个位于中心谷地处的“首都”（即巨引源，与地球相距 2.2 亿光 年，其质量能达到银河系的 10000 倍）。这样一来，就在直径 5 亿光年的空间范围内，构成了一个地形如同巨大山谷的“国家”。这个“国家”叫拉尼亚凯亚超星系团。

拉尼亚凯亚超星系团并不是一个“大国”。它连同周边的 4 个“国 家”，构成了一个“国家联盟”，叫双鱼 – 鲸鱼座超星系团复合体。此“国家联盟”的盟主是双鱼 – 鲸鱼超星系团，其疆域至少能达到 10 亿光年。

横跨 10 亿光年的双鱼 – 鲸鱼座超星系团复合体，依然不是宇宙中最大的结构。在它之上还有所谓的星系长城，相当于“大洲”。比较有名的“大洲”包括横跨 14 亿光年的史隆长城，横跨 40 亿光年的巨型超大类星体群，以及横跨 100 亿光年的武仙 – 北冕座长城。而这个与地球相距 100 亿光年的武仙 – 北冕座长城，就是人类目前所发现的最大结构。

而诸多“大洲”又构成了一个直径 930 亿光年的“星球”。这个“星球”就是我们的可观测宇宙（所谓的可观测宇宙，是指以地球为中心、用望远镜能够看到的最大宇宙范围。它只是整个宇宙的一小部分）。

我们已经对宇宙的大小做了一个简要的介绍。你可以把我们能够看到的宇宙，想象成一个直径 930 亿光年、拥有至少几千亿个星系的巨大“星球”。那接下来，就让我们坐上宇宙飞船，按由近及远、由小到大的顺序，来好好看看这个浩瀚的宇宙。

首先参观我们住的这个“别墅”，即太阳系。

太阳系的绝对主宰是太阳。其质量能达到 200 万亿亿亿千克，是地球的 33 万倍，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。

太阳系总共有 8 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。值得一提的是，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；在岩质行星的中心，一般都有一个以铁为主的金属内核。而外面的 4 个都是气态行星，也就是最外层区域由气体构成的行星；其中木星和土星的外层主要成分是氢气和氦气，而天王星和海王星的外层则包含大量比氢和氦更重的化学元素；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。

此外，太阳系内还有两个小行星聚集的区域，一个是位于4环和5环间的小行星带，另一个是位于 8 环以外的柯伊伯带。曾是太阳系第 9大行星的冥王星，就位于这个柯伊伯带。在柯伊伯带之外，还有一个包裹着太阳系、直径约为 2 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。而这个奥尔特云，就是太阳系“别墅”的外墙。

其次参观我们住的这个“城区”，即银河系。

在银河系的正中心，盘踞着一个质量能达到太阳质量 400 多万倍的巨大黑洞，叫人马座 A*。在它的周围有一个恒星相当密集的棒状区域，其长度约为 1 万光年（因为中心区域是棒状的，银河系被称为棒旋星系）；这个棒状区域是一个巨大的恒星“育婴室”，其中包含着大量的新生恒星。中心黑洞和棒状区域，统称为银心。

在银心之外，是一个直径接近 10 万光年的盘状结构，称为银盘。正如下图所示，在银盘上有几个恒星比较密集的区域：其核心特征是从银心附近出发，螺旋式地向外延展。这些银盘上的恒星密集区域就是所谓的旋臂。银河系的主要旋臂有 4 条：其中青色的是三千秒差距 – 英仙旋臂，紫色的是矩尺 – 天鹅旋臂，绿色的是盾牌 – 半人马旋臂，红色的是船底 – 人马旋臂。除了这 4 条主要旋臂以外，还有一些次要旋臂，例如图中橙色的猎户旋臂。我们住的太阳系“别墅”，就位于这个猎户旋臂中。换句话说，我们其实住在银河系“城区”中一个比较荒凉的地段。

而在银盘之外还有一个球状区域，称为银晕。不同于银心和银盘，银晕内部只是稀稀落落地分布着一些非常古老的恒星和球状星团。你可以把银晕当成是银河系的恒星“养老院”。由银心、银盘和银晕这 3 大部分构成的、直径约为 10 万光年的空间区域，就是我们住的银河系“城区”（也有一些天文学家主张，在银晕之外还有银冕，这样银河系的直径能达到将近 20 万光年）。

然后参观我们住的“城市”，即本星系群。

在本星系群中有两个中心城区，也就是银河系和仙女座星系。而这两大中心城区还各有一群小弟，也就是所谓的矮星系。

我们居住的银河系，大概拥有 4000 亿颗恒星；而在它的周围，大概有 30 多个矮星系。其中离地球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 万光年的一个旋涡星系，即仙女座星系。仙女座星系是本星系群中无可争议的老大，其直径能达到22万光年，而质量能达到太阳质量的 1.5 万亿倍。类似于银河系，在仙女座星系中心，同样盘踞着一个超大质量的黑洞，其质量能达到太阳质量的 1 亿倍，是银河系中心黑洞质量的 20 多倍。

仙女座星系之所以能成为本星系群的霸主，是因为它已经吞并了大量的矮星系。比较有名的例子，是位于仙女座星系内部的一个非常巨大的球状星团，编号 G1。一般的球状星团包含的恒星数量，都在几百个到几万个之间；而 G1 包含的恒星数量，能达到好几百万个。所以天文学家普遍相信：G1 是一个矮星系被仙女座星系吞并后，所剩下的致密核心。

最惊悚的是，天文观测表明，仙女座星系正在以每秒 110 千米的速度，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（按照形状，星系可以大致分为 3 类，分别是旋涡星系、椭圆星系和不规则星系）。

接着参观我们住的“省”，即室女座超星系团。

我们住的这个本星系群，只能算一座“小城”。在离它 6000 万光年远的地方，有一座拥有 2000 多个星系的“大城市”，叫室女座星系团。

室女座星系团由 3 个主城区构成，分别是 M87、M86 和 M49（M表示梅西叶星表，而 M87、M86 和 M49 分别代表梅西叶星表中的第87、第 86 和第 49 号天体）。而这 3 个主城区，都是超巨椭圆星系。

其中最有分量也最靠近“市中心”的“主城区”，是 M87 星系。这是一个非常古老的星系，拥有大概 15000 个球状星团，堪称恒星的“养老院”。M87 星系最显著的特征，是有一条绵延数千光年的星际喷流。此外，在它的中心，有一个质量能达到太阳质量 65 亿倍的巨型黑洞，叫 M87*。2019 年，事件视界望远镜项目组拍到了 M87* 的照片。这也是人类历史上拍到的首张黑洞照片。

由 M87、M86 和 M49 这 3 大主城区构成的室女座星系团，是我们居住的这个“省”的“省会”。这个省还有大概 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”的边境位置，才有两个中等规模的“城市”，即天炉座星系团和波江座星系团。这 100 多个“城市”散布在“省会城市”（即室女座星系团）周边直径 1.2 亿光年的范围内，从而构成了我们住的这个“省”，即室女座超星系团，也叫室女座超星系团。

接下来参观我们住的“国家”，即拉尼亚凯亚超星系团。

拉尼亚凯亚超星系团是一个横跨 5 亿光年、质量能达到银河系质量10 万倍的庞大帝国。它的地形有点像是一个巨大的山谷，位于中心谷地位置的就是这个“帝国”的“首都”：巨引源（巨引源代表“巨大的引力源头”）。

巨引源是一个真正意义上的庞然大物，其质量至少比银河系质量大10000 倍。由于它拥有巨大的引力，包括银河系在内的成千上万的星系，都在以每秒几百千米的速度朝它靠近。而这个庞然大物的本来面目到底是什么，目前还处于迷雾中。

在巨引源这个首都的周围还有 4 个省。处于中心位置的省是长蛇 -半人马座超星系团。这个省是在长蛇座到半人马座方向上的一系列星系团的集合。其中最核心的成员是矩尺座超星系团。这个矩尺座超星系团位于矩尺座方向、与地球相距大概 2.2 亿光年的地方。一般认为，这就是巨引源所在的地方。不过，矩尺座超星系团的质量只比银河系质量大1000 倍，仅仅是巨引源质量的 1/10。所以，矩尺座超星系团仅仅是占据了巨引源所在的位置，而并非巨引源本身。

除了位于“首都”位置的矩尺座超星系团以外，长蛇 – 半人马座超星系团这个“省”还拥有长蛇座星系团、半人马座星系团、IC4939 星系团这 3 个“大都市”，以及上百个零零星星的“小城”。这些大大小小的“城市”环绕在巨引源的周围，就构成了拉尼亚凯亚帝国的“首都”圈都市群。

而在“首都”圈的外围，还有 3 个“省”，分别是位于西南方的室女座超星系团、位于西北方的孔雀 – 印第安超星系团，以及位于南面的南方超星系团。

为了便于理解，你可以把引力想象成蜘蛛丝。在引力的牵引下，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这 4 个“省”，就连成了一张直径 5 亿光年的巨大蜘蛛网，从而覆盖了拉尼亚凯亚帝国的整个山谷。位于蜘蛛网上的成千上万的 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。这就是我们住的“国家”，即拉尼亚凯亚超星系团的全貌。

我们已经介绍了我们住的“国家”，即拉尼亚凯亚超星系团。它拥有横跨 5 亿光年的辽阔疆域和超过 10 万个像银河系这样的星系。但放眼宇宙，拉尼亚凯亚超星系团依然只能算是“弟弟”。在它之上还有由多个“国家”组成的“国家联盟”，也就是由多个超星系团构成的超星系团复合体。

拉尼亚凯亚超星系团与 4 个“国家”一起，组成了一个“国家联盟”，叫双鱼 – 鲸鱼座超星系团复合体。它的疆域能超过 10 亿光年，并且总质量至少比太阳质量大 100 亿亿倍。这个“国家联盟”的盟主是双鱼 -鲸鱼超星系团，具体成员还包括英仙 – 双鱼座超星系团、飞马 – 双鱼座超星系团、玉夫 – 武仙座超星系团和拉尼亚凯亚超星系团。

这个横跨 10 亿光年的双鱼 – 鲸鱼座超星系团复合体，依然不是宇宙中最大的结构。在它之上还有所谓的星系长城，相当于“大洲”。比较有名的“大洲”包括横跨 14 亿光年的史隆长城，横跨 40 亿光年的巨型超大类星体群，以及横跨 100 亿光年的武仙 – 北冕座长城（武仙 – 北冕座长城与地球的距离，大概是 100 亿光年）。这个武仙 – 北冕座长城，就是人类目前发现的最大结构。

而诸多的宇宙空洞和星系长城，又构成了一个直径930 亿光年的“星球”。这个“星球”就是我们的可观测宇宙。所谓的可观测宇宙，指以地球为中心、用望远镜能够看到的最大宇宙范围。它只是整个宇宙的一小部分。在可观测宇宙之外，还有更辽阔的其他宇宙空间。但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。

我们已经完成了这场飞向宇宙尽头的旅行。现在你应该已经知道，我们能够看到的可观测宇宙，是一个直径 930 亿光年、拥有至少几千亿个星系的巨大“星球”。在可观测宇宙之外，还有更为辽阔的宇宙空间，但我们永远都不可能看到那里到底有什么东西。