人类对于微观世界和天体宏观世界的发现和规律认识,是近代飞速发展起来的。一直到上世纪初,人类的视野都还处于高度近视,甚至以为宇宙就是银河系。
量子力学和爱因斯坦相对论的问世,各种观测设备的提升,人类才进一步探知了小中有小的更小~夸克,大中有大的更大~可观测宇宙。
现代科学研究认为,从天体结构来认识宇宙,从小到大的话是这样排列的:
地月系~内太阳系~太阳系~奥尔特云~本星际云~本地泡~古尔德带~猎户臂~银河系~银河系次集团~本星系群~室女座超星系团~拉尼亚凯亚超星系团~双鱼-琼鱼座超星系团复合体~武仙-北冕座长城~可观测宇宙~宇宙。
如果看过时空通讯过去关于介绍天体的文章,就会发现这些结构中有很多已经介绍过,比如地球与月亮、太阳系、奥尔特云等,这些普及多次的常识就不一一一重复了。下面我们就来挑几个过去少有提及的生僻的结构探讨一下。
本星际云:众所周知,太阳是围绕着银心公转的,线速度为每秒250公里,转一圈约2.5亿年。本星际云就是太阳在银河系运行中经过的一片星际云,有30光年左右的区域,太阳已经在其中运行了几万年,还需要在里面运行1~2万年,甚至更久,才能走出这片区域。
这个云气的温度约为6000度,与太阳表面温度差不多。这个看起来很吓人,怎么没有把地球烧毁呢?这是由于这个星际云非常稀薄,每立方米厘米只有0.26个原子。而月球上空那种高度真空状态每立方厘米原子含量约有80000个,地球空气每立方厘米有6.02x10^23个分子。相比之下,本星际云中的粒子量几乎忽略不计了。热量是靠粒子传播的,所以我们感觉不到。
本地泡:是指银河系猎户臂内一个星际物质空洞,是一个包括本星际云在内一个更大的空间,我们太阳已经至少在这个气泡里面旅行了300万年。这里有X射线辐射,所含的中性氢原子只是银河系正常值的十分之一,每立方米只有0.05个原子,相比之下本星际云浓度就高了几倍。
古尔德带和猎户臂:这是从银河系盘面翘起16~20度的一块天区,横跨3000光年直径,这块天区被怀疑是包含太阳在内的螺旋臂,太阳距离古尔德带中心325光年。
银河系:这是一个漩涡星系,是一个约有20万光年直径,不到2光年厚的圆盘状天体,边缘薄中间厚,拥有1000亿~4000亿颗恒星,总质量约太阳2100亿倍。这个漩涡星系由4个旋臂组成,太阳就位于猎户臂这个支臂上,距离银河系中心约26000光年。
以上都还是银河系以内的天体结构,以下就出了银河系了。
本星系群
银河系次集团:这是指本星系群中有银河系和仙女座星系两个次集团,这两个本星系群最大的星系周围都有几十个较小星系、矮星系成为它们的卫星星系,我们银河系有30个星系左右的卫星星系。
本星系群:这就是我们银河系的家园了,里面包含约50个星系组成,银河系是本星系群中的老二星系,本星系群中最大的星系是仙女座星系,约银河系质量的两倍。
本超星系团(室女座超星系团)
室女座超星系团(本超星系团):是本星系群的上级天体,包含本星系群以及100个左右的星系团(星系群)。我们本星系群是其中一个很小的星系团,在这个巨大结构的边缘,围绕着本超星系团中心的室女座星系团旋转,每转一圈约1000亿年。本超星系团包含星系上万个,仅中心的室女座星系团就含有星系2500个以上。
我们整个宇宙都是由一个奇点爆发出来的,理论上说都是在一个引力圈里。
天体运行结构是以引力为基础的一个集合体,因此在天体结构研究中,一般以以引力影响范围形成的结构来认定,超星系团引力影响还是比较明显的。
因此过去一般认为,超星系团是宇宙中最高一级的天体结构,再上面就是宇宙大尺度纤维网状结构了。但本世纪以来的一些研究认为,超星系团以上,还有一些不可忽视的巨大天体结构,这就是我们以下要接着介绍的。
拉尼亚凯亚超星系团:这就是现代研究尚有争议的超星系团上一级天体结构。这个理论是夏威夷大学的布伦特·塔利和法国里昂第一大学的海伦·库尔图瓦所领导的团队提出的,2014年9月他们发表了一种通过星系的视向速度来定义超星系团的新方法,并由此定义了拉尼亚凯亚。
按照这个定义,包含银河系上层天体结构本星系群,由上百个星系团上万个星系组成的本超星系团,只是拉尼亚凯亚超星系团的一部分。被划入这个巨大超星系团的还有长蛇-半人马座超星系团、孔雀-印第安超星系团。
拉尼亚凯亚超星系团就像一片鸭绒羽毛,横扫包含约10万个星系,覆盖范围约1.59亿秒差距(1个秒差距相当3.26光年)的天区,质量约银河系的10万倍。
拉尼亚凯亚这个词来自于夏威夷语,意思就是“无尽的天堂”。
双鱼-琼鱼座超星系团复合体:这是一个比拉尼亚凯亚超星系团的更大的天体结构,这个复合体有60个集群,质量达到10x18^18个太阳质量,空间尺度约10亿光年长,1.5亿光年宽。
这个超超星系团包括复杂的5大部分,即:双鱼-琼鱼座超星系、英仙-飞马座链(包括英仙-双鱼座超星系)、飞马-飞马座链、玉夫座区域(包括玉夫座超星系与武仙座超星系)、室女-长蛇-半人马座超星系(包括我们本超星系团和长蛇-半人马座超星系)等。
武仙-北冕座长城:这是宇宙中一个由星系组成的巨大超级结构,延伸超过100亿光年,是我们已知可观测宇宙中最巨大的结构。这个结构根据雨燕卫星和费米伽马射线空间望远镜得到的观测资料,天文学家在2013年11月绘制遥远宇宙多次伽马射线暴位置分布图时发现的。
这个巨大超级结构是宇宙大尺度纤维状结构的一部分,可能是以重力结合的巨大星系集群。这个被号称为“长城”的最长端跨度约100亿光年,另一端的长度为72亿光年,这个距离是根据该结构红移值测算的,其在天球上的投影位置在武仙座和北冕座,由此而得名。
武仙-北冕座长城天体结构再往上就是我们常说的“可观测宇宙”了。
这个可观测宇宙又叫哈勃体积,是起源于138.2亿年前一个奇点,由于宇宙的高速膨胀和扩张,现在有930亿光年大小。
之所有叫做可观测宇宙,是因为这个宇宙有两个视界,一个是在大爆炸初期,宇宙有30万年处于浓密的粒子汤状态,光线都无法发出,因此不可观测;还有一个就是距离我们很远的星系以
超光速膨胀,有一部分的星系光芒永远也到不了我们这里,因此也观测不到。
这个可观测宇宙是根据哈勃定律等天文理论测算出来的一个数据,并不是实际上已经观测到的地方。
而广义的宇宙包含不可观测宇宙,这个宇宙到底有多大,现在没有定论。
大尺度可观测宇宙呈现出一种“泡沫网状纤维结构”,所有星系都分布在狭窄的“纤维带”上,中间有巨大的空洞,天文学上称为“巨洞”。这些“巨洞”体积庞大,直径可达几亿光年甚至10亿光年,里面看起来空无一物,实际上里面充满了暗物质。
2007年发现的波江座空洞被一些人渲染为“宇宙墙”,说成宇宙尽头,其实就是宇宙普遍存在的“空洞”,这个空洞是一个10亿光年尺度的“巨洞”。
人类对宇宙还在不断探索和发现过程中,因此对于宇宙的认识也是一个不断深化过程,可以说永无止境。
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