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讀完課文,請告訴我壹些關於宇宙的事情。

“宇宙是有限的還是無限的?有中心還是邊緣?有沒有年齡、疾病、死亡、年齡?”這些恐怕都是人類活動以來就壹直關註的問題。為了有壹個更清晰的答案,我們先來看看它的組成和結構。宇宙中的天體五顏六色,顯示出極高的水平。

(1)星球

我們居住的地球是太陽系中的壹顆大行星。太陽系有九大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除了行星,還有60多顆衛星,無數的小行星,無數的彗星和流星體。它們都離我們地球很近,是人們了解較多的天體。那麽,除了這些,茫茫太空中還有什麽呢?

(2)恒星和星雲

在晴朗的夜晚,我們可以用肉眼看到許多閃亮的星星。大部分是恒星,恒星是像太陽壹樣可以發光發熱的行星。在我們的銀河系中有超過100億顆恒星。恒星往往喜歡群居,很多都是成對的靠在壹起,按照壹定的規律圍繞著對方旋轉。這被稱為雙星。還有的是三顆、四顆或更多的星聚集在壹起,稱為多星。如果十幾顆甚至幾千顆恒星聚在壹起形成壹個星團,這就是星團。在銀河系中已經發現了超過1000個這樣的星團。

在恒星世界中,有壹些恒星的亮度會發生變化——變星。有些是有規律變化的,有些不是。現在已經發現了2萬多顆變星。有時候天空中會突然出現壹顆亮星,兩三天內會突然亮幾萬次甚至幾百萬次。我們稱它們為新星。還有壹種恒星的亮度增加得更多,會突然變得亮幾千萬倍甚至上億倍。這是壹顆超新星。

除了恒星,還有壹種像雲壹樣的天體叫做星雲。星雲由極其稀薄的氣體和塵埃組成,形狀非常不規則,比如著名的獵戶座星雲。

浩瀚的星際空間沒有恒星和星雲還有什麽?是絕對真空嗎?當然不是。它充滿了非常稀薄的星際氣體、星際塵埃、宇宙射線和極其微弱的星際磁場。隨著科技的發展,人們必然會發現越來越多的新天體。

(3)銀河系和河外星系

隨著測距能力的逐步提高,人們逐漸在越來越大的尺度上建立了宇宙結構的三維概念。這裏第壹個重要的發展是認識銀河系。包含兩層意思,壹是了解銀河系的形狀,二是了解河外天體的存在。

銀河系是太陽所屬的巨大恒星群,包括大約1011顆恒星。這組恒星被稱為星系。銀河系中的大多數恒星分布在扁平的圓盤中。圓盤直徑為25kpc(千秒差距,1秒差距= 3.26光年= 3.09億米),厚度約為2kpc。圓盤中央有壹個球形凸起,稱為核球。圓盤的外部由幾個螺旋臂組成。太陽位於其中壹個旋臂上,距離銀河系中心大約7公裏。銀盤的上下都有球形的延伸區域,其中星星稀疏分布,稱為銀暈。暈的總質量約為整體的10%,直徑約為30kpc。我們的太陽,就其光度、質量和位置而言,只是銀河系中非常普通的壹員。

此外,重要的是,天空中並非所有的發光體都是銀河系的壹部分。想象壹下距離500kpc(銀河系本身的大小是30kpc)的壹個類似銀河系的星團。它的視亮度與距離2pc的類太陽恒星相同。因此,只有通過測量天空中壹個光點的距離,才能區分它是銀河系中的壹顆恒星,還是銀河系外的另壹個星系。事實上,天空中的大部分光點都是銀河系的恒星,但也有相當數量的發光體是類似銀河系的巨大恒星群。它們在歷史上被誤認為是星雲,我們稱之為河外星系。現在已知的星系超過6543.8+000億個,著名的仙女座和麥哲倫星雲都是肉眼可見的河外星系。星系的普遍存在,說明它們代表了宇宙結構中的壹個層次,從宇宙演化的角度看,比恒星更基本。

星系的質量變化很大。銀河系的質量約為1011M⊙(太陽質量單位)。在明亮的星系中,這是壹個典型的大小。非常小的星系太暗了,看不見。小星系的質量可以低至106M⊙。壹個星系的典型尺度是數萬秒差距。如果算上視星等小於23的星系,星系總數在109以上。

自20世紀60年代以來,天文學家還發現了壹種在銀河系外以類似恒星的光點形式出現的天體,但實際上其光度和質量與星系相同。我們稱之為類星體,現在已經發現了成千上萬個這樣的天體。

(4)星系團

當我們放大觀測的尺度時,宇宙可以看作是由大量星系組成的“介質”,恒星只是星系內部詳細結構的表現。這樣,為了理解宇宙的結構,我們需要關註星系在空間中的分布規律。

星系的空間分布不是隨機的,但也是集群的。超過壹千個星系的大群被稱為星系團。只有大約10%的星系屬於這個大星系團。大多數星系只形成十個、幾十個或幾百個成員的小組。可以肯定的是,星系團代表了比星系更大的宇宙結構的壹個新層次。這壹層的尺度是百萬秒差距,平均質量是星系的100倍。

(5)大規模結構

今天人們把10Mpc以上的結構稱為宇宙大尺度結構(宇宙的觀測大小是104Mpc)。到目前為止,大尺度上的觀察事實還遠未明確。有趣的是,有跡象表明星系在大尺度上的分布是泡狀的。即有許多看不見星系的“洞”,星系以纖維狀或片狀結構聚集在洞壁上。這個層次的結構被稱為超星系團。它的典型規模是幾十萬億秒差距。

從進化論上考慮,如果規模足夠大,應該是沒有結構的。這是不是真的,這個尺度有多大,都是需要大尺度觀測來回答的非常重要的問題。如今,50Mpc以上的宇宙是否存在顯著的結構現象,是人們激烈爭論的焦點。

總之,如果把星系看作宇宙物質的基本單位,那麽星系的分布就是宇宙結構的表現。現在看來,直到50Mpc的尺度,星系的分布呈現出等級結構。這是我們對宇宙面貌的基本認識。