字宙的生命力

宇宙究竟是有限还是无限的?它有中心和边吗?它到底有没有生老病死有没有年龄?上述这些恐怕是自从有人类的活动以来一直被关心的问题。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。宇宙中的天体多姿多彩，太阳系一共有八颗大行星：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、许多的小行星、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，浩瀚的宇宙空间中还有些什么?

在封闭的宇宙中，黑洞随着物质的吸收而不断增大。由于它们越变越大，因此就可以找到更近的物质，再与其他黑洞相撞产生更大的黑洞。最后把宇宙中的物体都吸进去，宇宙中只剩下它们自己。甚至可以说宇宙像是一个巨大的黑洞。但实际上，封闭的宇宙有一定的年龄，到一定时期就开始收缩，在宇宙成为单一的黑洞之前，封闭的宇宙就会因收缩而毁灭。

在晴朗的夜晚，人类用肉眼就能看到天空中有很多很多闪闪发亮的星星，它们绝大多数是恒星，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，称作聚星。

若是有10颗以上，或者是几万颗星聚集在一起，形成一个团星，就称作星团。在银河系中就发现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。它们有的有规律变化，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，这称作新星。

另外，也有这样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，这称作超新星。除了恒星之外，还有一种云雾似的天体，称为星云。气体和尘埃成了稀薄的气体星云，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的星际空间里，还有些什么呢?是绝对的真空吗?答案是不是的。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，人类一定可以发现更多的新天体。

现在，银河系和河外星系随着其测距能力的显著提高，人们慢慢在越来越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的恒星集团，包含1011颗恒星。这种恒星集团称作星系。

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

另外更为重要的是，天穹中的发光体并不一定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500kpc的距离上（银河自身大小为30kpc）。其表观亮度与2pc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，经过测量它的距离，才可以弄清楚它到底是银河系内的恒星还是来自银河系外的另一个星系。

其实，天穹上的大部分光点是银河系的恒星，不过也有很大量的发光体是和银河系类似的巨大恒星集团，历史上曾被错认为是星云，我们称作河外星系，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，处在比恒星更基本层次的便是它。星系的质量差别很大。银河系的质量约为1011M⊙（太阳质量单位）。在明亮的星系中，这是典型的大小。我们不易看到质量很小的暗星系。小星系的质量可低至106M⊙。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像恒星一样呈现为一个光点的天体，其实它的光度和质量又与星系一样，我们称作类星体。如今，已经发现了上千个这种天体。

绚丽多彩的宇宙天体

假设我们把观测的尺度放大一些，那么宇宙可被看成由大量星系构成的“介质”，而恒星算是星系内部细致结构的表现。这样，为了了解宇宙结构，得关心星系在空间的分布规律。星系的空间分布不是无规律，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%的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，宇宙结构中比星系更大的一个新层次是星系团。通常这层次的尺度大小会有数百万秒的差距，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10Mpc以上的结构称作宇宙的大尺度结构（现在观测到的宇宙的大小是104Mpc）。迄今为止大尺度上的观测事实并不是很准确的。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。这一层次的结构称作超星系团。它的一般尺度是几十兆秒差距。如果从演化理论的角度来思考，尺度大到某种程度，结构便不应该存在了。

那么，这个分析是不是符合客观事实，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。今天对宇宙在50Mpc以上是否还有显著的结构现象存在，可以说正是人们热烈争论的焦点。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50Mpc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基本认识。