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宇宙的结构（第1页）

宇宙的结构

宇宙是由很多物质组成的，而不是空无一物，在宇宙中，到处都充满运动着的各种形态的物质，比如我们所生活的地球，就是太阳系的一个大行星。

太阳系现在还有8个大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除了大行星，太阳系还有40个卫星（包括月球），以及为数众多的小卫星、彗星和流星体等。这些天体都是离我们地球较近的，是人们了解得较多的天体，它们组成了我们的太阳系。那么，除了这些以外，无限的宇宙空间还有一些什么呢？

*恒星与星云

晴夜，我们用肉眼能看到的闪闪发光的星星，绝大多数都是恒星，它们像太阳一样，本身就能发光发热。在银河系内，这样的恒星大约有1000多亿颗。

恒星喜欢“群居”，许多都是紧密靠在一起的，“成双成对”，按照一定的规律互相绕转，这称为双星；还有聚星，他们由一些3颗、4颗或更多颗恒星聚在一起。如果是10颗以上，甚至成千上万颗星聚在一起形成一团，那就是星团了。目前银河系里这样的星团有1000多个。

在恒星的世界里，还有一些变星，顾名思义，它们的亮度会发生变化。这些变星变化有的很规律，有的则没什么规律。现在人类已经发现了2万多颗变星。

有时候，天空中还会突然出现一颗星，很亮，我们称为新星，它们在两三天内会突然变亮几万倍甚至几百万倍。还有一种恒星叫超新星，亮度增加得更厉害，会突然变亮几千万倍甚至几亿倍。

除了恒星之外，还有一种天体，云雾似的，被称为星云。星云由极其稀薄的气体和尘埃组成，比如有名的猎户座星云，形状很不规则。

在广阔星际空间里如果既没有恒星又没有星云，那还有些什么呢？是绝对的真空吗？当然不是，那里的星际气体、星际尘埃、宇宙线和极其微弱的星际磁场等非常稀薄。随着科技发展，人类必定还会发现宇宙中越来越多的新天体。

*星系团

星系的空间分布也并非没有规律，它也有成团现象。星系团是由上千个以上的星系构成的大集团。宇宙中，属于这种大星系团的星系大约只有10%，大部分星系只结成十几、几十或上百个成员的小团。不过能够肯定的是，作为宇宙结构中比星系更大的一个新层次，星系团这个层次的尺度大小为百万秒差距，平均质量是星系的一百倍。

*银河系及河外星系

随着逐步提高的测距能力，人类逐渐对宇宙结构在越来越大的尺度上建立了立体的观念。而第一个重要的发现就是认识了银河系。

银河系是包括太阳系在内的一个庞大恒星集团（包括1011颗恒星），这种恒星集团叫做星系。银河系中的大部分恒星都呈扁平盘状分布，盘的直径为25kpc（千秒差距，1秒差距＝3。26光年＝3。09亿亿米），厚度约为2kpc。盘中心有一个球状隆起叫做核球，盘外部是几条旋臂构成的。太阳就位于银河系其中的一条旋臂上，距离银河系的中心约7kpc。银盘上下延展区也呈球状，其中恒星分布较稀疏，叫做银晕。其总质量约占整体的10%，直径约为30kpc。而就太阳的光度、质量和位置来说，也都不过是银河系成员中极其普通的一个而已。

不过，并非天上的一切发光体都属于银河系。对于天穹上的某个光点，要想辨别它是银河系内的恒星还是银河系外的另一个星系，只有测定它的距离。实际上，虽然天穹上的大多数光点都是银河系的恒星，但与银河系类似的巨大恒星集团也有很多，以前曾被误认为是星云，现在它们称为河外星系。现在，人类已经知道存在的星系有1000亿个以上，比如著名的仙女星系、大小麦哲伦星云等，就是肉眼可见的河外星系。

星系的普遍存在说明它是宇宙结构中的某一层次，从宇宙演化来看，这个层次比恒星更基本。质量很小的星系因为太暗而不易被看到，一般小星系的质量可低达106M⊙，星系的典型尺度为几十千秒差距。

20世纪60年代以来，天文学家还找到一种在银河系以外的天体——类星体，它像恒星一样表现为一个光点，但实际上它的光度和质量又和星系一样，现在已发现了数千个这种天体。

*大尺度结构

就我们关心的可观测宇宙而言，所谓“大尺度”，就是大量星系的红移所揭示的宇宙可见物质总体分布中大于100百万秒差距。在这些尺度上宇宙最具特色的性质是可见物质分布在薄膜和纤维（巨大空穴周围）中，看上去就像大量彼此交错的泡——宇宙在最大尺度上显现为多泡沫结构。虽然薄膜和纤维只占大约2％的可见宇宙体积，但它们实质上包含了全部可见物质。这些结构中最大的一个叫做巨壁（又称长城），离我们不到100百万秒差距，它是一个膜，由星系团和超星系团组成，所占区域有225百万秒差距长，80百万秒差距宽，但厚度只有10百万秒差距。

宇宙的总密度十分接近平坦时空所要求的临界值，因为宇宙的这种多泡沫外观与其他因素一样。计算机模拟表明，如果宇宙中有大量暗物质，并且只有在总密度达到峰值水平的地域明亮星系才能形成，那么明亮星系的分布非常类似于实际宇宙中的分布。

从演化理论上来说，尺度大到一定程度，就不应再存在结构。这是否符合实际以及这尺度多大，都是十分重要并需要通过大尺度观测来回答的问题。现今人类热烈争论中的焦点，是宇宙在50Mpc以上是否还存在显著的结构现象。

总之，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。现在看来我们对宇宙结构面貌的基本认识，就是直至50Mpc的尺度为止，星系的分布呈现有层次的结构。

延伸阅读——宇宙结构的疑团

宇宙是由什么组成的？你可能马上会说就是由那些亮晶晶的星星组成的。但在最近几十年中，科学家越来越发现这个答案是不正确的。天文学家认为，宇宙总质量中只有不到5％的物质是组成宇宙的恒星、行星、星系，以及还有我们不知道的物质，或叫普通物质。另外25％可能是暗物质，由尚未发现的粒子组成。而剩下的70％，天文学家认为，可能是暗能量（让宇宙加速膨胀的力量）。科学家正在用加速器和望远镜寻找暗物质和暗能量的本质。这些问题的答案，如果找到了，其意义肯定是宇宙级的。