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字宙有边还是没边

时间:2022-01-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:现在,银河系和河外星系随着其测距能力的显著提高,人们逐渐在日益广大的尺度上对宇宙的结构建立了立体的观念。其实,银河系就是太阳所属的一个巨大恒星集团,大约包含1011颗恒星。在银河系中,多数恒星分布呈扁平的盘状。另外更为重要的是,并不是天穹中所有发光体都是银河系的一部分。实际上,天穹上的大部分光点是银河系的恒星,不过也有大量的发光体是和银河系类似的巨大恒星集团,历史上曾被误认为是星云,我们称之为河外星系。
字宙有边还是没边_宇宙世界走进

宇宙到底是有限还是无限的,到底有没有中心有没有边,到底有没有生老病死有没有年龄?为了有一个更清晰的答案,让我们先来看看它的组成和结构吧。宇宙中的天体绚丽多彩,太阳系一共有8颗大行星:水星、金星、地球、火星、木星土星天王星海王星。除去大行星以外,还有60多颗卫星、为数众多的小行星、难以计数的彗星和流星体等。这些都是离我们地球很近的,最为人们所了解的天体。那么,除了上面我们所提到的这些,浩瀚宇宙空间中还有些什么?

在晴朗的夜晚,人类用肉眼就可以看到天空中有很多闪闪发亮的星星,他们绝大多数是恒星,恒星就是像太阳一样本身能发光发热的星球。我们银河系内就有1000多亿颗恒星。恒星常常爱好“群居”,有许多是“成双成对”地紧紧靠在一起的,根据一定的规律彼此绕转着,人们把这称作双星。此外,也有些是三四颗或更多颗恒星聚在一起,叫作聚星。

宇宙飞船

若是有10颗以上,甚至是几万颗星聚集在一起,形成一个团星,就称作星团。在银河系中就被发现有1000多个这样的星团。在恒星世界中还有一些亮度会发生变化的星——变星。它们有的变化很有规律,有的没有什么规律。现在已发现了2万多颗变星。某些时候天空中会显现一颗亮度极高的星,并且会在很短的时间内突然增亮几万倍甚至几百万倍,这叫作新星。

另外,也有一种亮度增加极快的恒星,会突然增亮几千万倍甚至几亿倍,这叫作超新星。除了恒星之外,还有一种云雾似的天体,叫作星云。星云由极其稀薄的气体和尘埃组成,形状很不规则,如有名的猎户座星云。在没有恒星又没有星云的广阔星际空间里,还有些什么呢?是绝对的真空吗?答案是否定的。那里其实充满着很稀薄的星际气体、星际尘埃、宇宙线和很微弱的星际磁场。伴随着科技的高速发展,人类一定能够发现更多的新天体。

现在,银河系和河外星系随着其测距能力的显著提高,人们逐渐在日益广大的尺度上对宇宙的结构建立了立体的观念。这里第一个重要的发展是认识了银河。它包含两重含义:一是认识了银河的形状,二是知道了河外天体的存在。其实,银河系就是太阳所属的一个巨大恒星集团,大约包含1011颗恒星。这种恒星集团称叫星系。

在银河系中,多数恒星分布呈扁平的盘状。盘的直径是25千秒差距(1秒差距=3.26光年=3.09亿亿米),厚度约为2千秒差距。盘的中心有一球状隆起,叫作核球。盘的外部由几条旋臂构成。太阳位于其中一条旋臂上,距离银心约7千秒差距。银盘上下有球状的延展区,其中恒星分布较稀疏,叫作银晕。通常,晕的总质量大约占整体的10%,直径大约是30千秒差距。我们每天见到的太阳,就它的光度、质量和位置讲,都不过是银河系中很普通的一员。

另外更为重要的是,并不是天穹中所有发光体都是银河系的一部分。假设有一个类似银河系的恒星集团,处于500千秒差距的距离上(银河自身大小为30千秒差距)。其表观亮度与2秒差距远处一颗类似太阳的恒星是一样的。所以,对天穹上的一个光点,必须测量它的距离,才能弄清楚它到底是不是银河系内的恒星。

实际上,天穹上的大部分光点是银河系的恒星,不过也有大量的发光体是和银河系类似的巨大恒星集团,历史上曾被误认为是星云,我们称之为河外星系。现在已知道存在1000亿个以上的星系,著名的仙女星系、大小麦哲伦星云就是肉眼可见的河外星系。星系的普遍存在,表明它代表宇宙结构中的一个层次,从宇宙演化的角度看,它是比恒星更基本的层次。星系的质量差别很大。银河系的质量约为1011太阳质量。在明亮的星系中,这是典型的大小。质量很小的星系太暗,不易看到。小星系的质量可低达106太阳质量。星系的典型尺度为几十千秒差距。如果对视星等在23等以内的星系作统计,星系总数在109以上。自20世纪60年代之后,天文学家又找到另外一种在银河系以外如恒星一样呈现为一个光点的天体,不过它的光度和质量又与星系一样,我们称之为类星体。如今,已经被发现的这种天体有上千个。

假设我们把观测的尺度放大一些,那么宇宙可看成由大量星系构成的“介质”,而恒星只是星系内部细致结构的表现。这样,为了了解宇宙结构,需关心星系在空间的分布规律。星系的空间分布不是无规则的,它也有成团现象。上千个以上的星系构成的大集团叫星系团。大约只有10%星系属于这种大星系团。大部分星系只结成十几、几十或上百个成员的小团。但能够肯定的是,星系团所代表的是宇宙结构中比星系更大的一个新层次。通常这层次的尺度大小的差距会有数百万秒,它的平均质量一般是整个星系平均质量的100倍。

现在,人们一般会把10兆秒差距以上的结构称作宇宙的大尺度结构(现在观测到的宇宙大小是104兆秒差距)。迄今为止,大尺度上的观测事实并不很准确。有趣的是,有迹象表明,星系在大尺度上的分布呈泡沫状。即有许多看不到星系的“空洞”区,而星系聚集在空洞的壁上,呈纤维状或片状结构。这一层次的结构叫作超星系团。它的一般尺度是几十兆秒差距。如果由演化理论的角度来思考,尺度大到某种程度就不应该再有结构存在。

那么,这个分析是否与客观事实相符,以及这尺度多大都是很关键的,并需要有大尺度观测来回答的问题。对宇宙在50兆秒差距以上是否还有显著的结构现象存在正是人们热烈争论中的焦点。总而言之,如果把星系看成宇宙物质的基本单元,那么星系的分布状况就是宇宙结构的表现。分析一下,直到50兆秒差距的尺度为止,星系的分布表现出有层次的结构。以上这些观点,就是我们对宇宙面貌的大体认识。

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