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銀河系很龐大,但在拉尼亞凱亞超星系團裏,如同滄海一粟

2024-07-17科學

在靜謐的夜晚,當我們擡頭仰望那深邃而璀璨的星空,那漫天閃爍的繁星總是能夠輕易地引發我們內心深處對宇宙的無盡遐想和深深的神往。那點點星光,仿佛是宇宙這位神秘大師灑下的點點謎題,誘惑著我們去探尋其背後隱藏的無盡奧秘。然而,或許大多數人未曾深刻意識到,我們在地球上憑借肉眼所能觀測到的恒星,實際上僅僅是銀河系眾多恒星中微不足道的一小部份。

據科學家們經過精確測算得出的數據,全球夜空中肉眼可見的恒星數量不過區區 7000 余顆,並且它們中的絕大部份與我們地球的距離,均未超過 1000 光年。而銀河系,這個我們人類所處的廣袤星系,其內部所擁有的恒星數量達到了令人瞠目結舌的 2000 億至 4000 億顆,其主體直徑更是至少達到了 10 萬光年。如此懸殊的對比之下,以人類目前現有的科技水平而言,想要跨越「區區」1 光年的距離,都仿佛是一個遙不可及的虛幻之夢。

一個極具代表性的例子便是旅行者 1 號探測器。作為迄今為止距離地球最為遙遠的深空探測器,它在漫長的 40 多年時間裏,奮力飛行了大約 243 億公裏。然而,這看似令人驚嘆的遙遠距離,在宇宙的尺度下,僅僅相當於大約 0.00257 光年。並且,它當前的飛行速度約為 17 公裏/秒,這就意味著,以這樣的速度持續前行,它需要大約 1.8 萬年才能成功跨越 1 光年的距離。而且,這還沒有將太陽重力對其造成的減速作用納入考慮範圍。倘若將這一因素計算在內,其跨越 1 光年所需的時間將會更為漫長。

當然,我們絕不能完全排除人類科技在未來出現突飛猛進式發展的可能性。或許我們可以懷著樂觀的心態去展望,在並不遙遠的未來,人類能夠憑借自身的智慧和不懈的努力,成功開發出以可控核融合、甚至是反物質作為強大能源的先進宇宙飛船,從而得以能夠以極其接近光速的驚人速度在浩瀚無垠的宇宙空間中自由航行。但與此同時,我們也必須清醒而深刻地認識到,1 光年的距離定義即為以真空中的光速直線前進整整一年所經過的路程。即便未來人類能夠實作以光速進行前進的宏偉目標,想要橫穿銀河系那無比龐大的主體結構,也至少需要 10 萬年的漫長時間。

對於我們人類而言,銀河系的規模實在是太過廣袤無垠,其遼闊的程度甚至大到足以令人感到深深的絕望。但令人倍感驚訝的是,當我們將視角放大,將銀河系置於宇宙中那些更為宏大的尺度結構之中進行比較時,它其實也顯得極其渺小。

在銀河系所屬的拉尼亞凱亞超星系團(Laniakea Supercluster)裏,銀河系就如同滄海一粟,渺小得猶如一粒微不足道的沙子。要清楚地知道,在浩瀚的宇宙中,大多數星系並非孤立存在,它們在神秘而強大的重力作用下,相互聚集形成了星系團或者星系群。實際上,銀河系就與鄰近的數十個星系共同構成了本星系群(Local Group of Galaxies),其跨越的空間範圍大約有 1000 萬光年。

在更為宏觀的宇宙尺度上,星系團或者星系群又會進一步匯聚融合,形成規模更為巨大的結構,這便是被科學家們所定義的超星系團。在拉尼亞凱亞超星系團被驚世發現之前,室女座超星系團(Virgo Supercluster)曾經被廣泛認為是銀河系所屬的最大結構,其跨度約為 1.1 億光年,內部包含了大約 100 個星系團和星系群。

拉尼亞凱亞超星系團的發現歷程,可以追溯至上世紀 70 年代。當時,科學家們在深入研究「宇宙背景放射線」的過程中,驚喜地發現,在一個特定的方向上觀測到的「宇宙背景放射線」,其波長呈現出相對較短的特征(即藍移現象),而在另一個特定的方向上,其波長則明顯要長一些(即紅移現象)。這樣獨特而顯著的現象清晰無誤地表明,地球相對於「宇宙背景放射線」存在著一個相當顯著的運動速度。在此之後,科學家們綜合了地球在太陽系中的運動狀態、以及太陽系在銀河系中的運動狀態等一系列詳盡而精確的觀測數據之後,得出了一個令人震驚得幾乎合不攏嘴的結論:相對於「宇宙背景放射線」,銀河系實際上正在以高速進行運動,其速度大約為每秒 600 公裏。

而這一令人矚目的現象也就意味著,銀河系正受到一個極其巨大重力源的強烈吸引,隨後,科學家們將這個神秘而強大的重力源命名為「巨引源」(The Great Attractor)。

由於「巨引源」所在的方向恰好被銀河系那龐大的星系盤所遮擋,這使得相關的研究工作在一開始便遭遇了重重困難,進展一度極為緩慢。直至基於紅外線、無線電波等多種波段的先進觀測技術逐漸發展並成熟起來之後,科學家們才得以逐步揭開「巨引源」那神秘莫測的面紗。

透過一系列精確的觀測數據顯示,「巨引源」所蘊含的力量比之前科學家們所想象的更為強大。它與我們的距離大約在 1.5 億至 2.5 億光年之間,其重力之強大,以至於附近數億光年範圍內的星系都無可抗拒地被其吸引,而銀河系在這股強大的重力面前,只不過是其中微不足道的一員。

對於「巨引源」為何擁有如此令人震撼的強大重力,科學界的精英們提出了多種富有前瞻性和創新性的解釋。其中有一種觀點認為,「巨引源」極有可能是一個巨型結構的核心重力中心。隨著時間的不斷推移,相關的觀測數據日益豐富和精確。終於,在 2014 年,這一觀點得到了科學界的廣泛確認和認同。

沒錯,這個巨型結構正是拉尼亞凱亞超星系團。根據科學家們嚴謹的估算,拉尼亞凱亞超星系團的跨度達到了令人咋舌的約 5.2 億光年左右,內部包含了 300 至 500 個星系團和星系群,所擁有的星系數量至少達到了 10 萬個。而曾經被視為銀河系所屬最大結構的室女座超星系團,僅僅是它的三個主要組成部份之一(另外兩個分別是長蛇-半人馬座超星系團、孔雀-印地安超星系團)。

值得特別註意的是,10 萬個星系只是一個相對保守的估計數位。由於當前觀測技術和條件存在諸多不可避免的限制,我們目前還無法做到精確探測到拉尼亞凱亞超星系團中所有的星系。因此,科學界的權威們普遍認為,拉尼亞凱亞超星系團中星系的真實數量,很有可能遠遠超過這一初步估計的數位。

從整體宏觀的視角來看,拉尼亞凱亞超星系團的形狀宛如宇宙空間中的一片巨大而絢麗的羽毛,其上存在著眾多細絲狀的結構,每一根「細絲」都是由大量的星系緊密構成。而我們所在的銀河系在其中,渺小得猶如一粒幾乎可以忽略不計的塵埃。

然而,就是這樣一個在拉尼亞凱亞超星系團中顯得「渺小」的銀河系,對於人類而言,卻是一個龐大到令人感到絕望和無力的存在。那麽,人類未來真的能夠在廣袤無垠的宇宙中自由暢遊、任意探索嗎?這無疑是一個值得我們每一個人深入思考、反復琢磨的重大問題。

當我們以歷史的視角來審視人類在宇宙探索歷程中的點點滴滴,不難發現,盡管我們邁出的步伐起初緩慢而艱難,但卻從未有過片刻的停歇。從古代人類憑借著對星空最樸素、最直觀的觀察和充滿想象力的猜測,到現代社會借助一系列先進的望遠鏡和功能強大的探測器對宇宙進行深入、系統的研究,每一次的進步,每一個新的發現,都凝聚著人類無盡的智慧和非凡的勇氣。

回顧那漫長的歷史長河,哥白尼的日心說以石破天驚之勢打破了長期以來根深蒂固的地心說的思想束縛,讓人類開始以一種更加科學、更加理性的全新視角去看待宇宙中的天體執行規律。克卜勒定律的驚世發現,進一步深刻地揭示了行星運動的內在規律,為人類全面理解太陽系的復雜結構奠定了堅實的基礎。而牛頓提出的萬有重力定律,則為我們提供了理解天體之間交互作用的強大而有效的理論工具,極大地推動了天文學和物理學的發展。

進入 20 世紀,愛因史坦的相對論宛如一盞明燈,為我們開啟了認識宇宙的全新視窗。他所提出的廣義相對論,成功地從本質上解釋了重力的產生機制,為我們研究宇宙的大尺度結構和漫長的演化過程提供了至關重要的理論框架,使得我們對宇宙的理解上升到了一個前所未有的高度。

隨著科技發展的日新月異,人類相繼發射了一系列具有劃時代意義的空間探測器和衛星,例如哈伯太空望遠鏡、克卜勒太空望遠鏡等先進的觀測裝置,使我們能夠以前所未有的解析度觀測到遙遠的星系和神秘的天體,不斷拓展著我們對宇宙的認知邊界,讓我們對宇宙的了解日益深入和全面。

然而,盡管我們在宇宙探索的道路上取得了如此眾多令人矚目的成就,但當我們面對浩瀚無垠、充滿無盡奧秘的宇宙時,我們所了解和掌握的知識仍然僅僅只是冰山一角。宇宙那深不可測的奧秘遠遠超出了我們目前有限的認知範圍,等待著我們去不斷探索和發現。

就目前的科技水平胡技術手段而言,要實作人類在宇宙中的長途旅行和廣泛深入的探索,我們面臨著諸多艱巨而復雜的巨大挑戰。首先,能源問題無疑是一個關鍵的瓶頸。現有的能源技術遠遠無法滿足宇宙航行所需的巨大能量需求。可控核融合和反物質能源雖然在理論上具有令人神往的巨大潛力,但目前仍然處於實驗室研究和初步實驗的階段,距離真正實作實際套用並為宇宙航行提供可靠的能源支持,還有著一條漫長而充滿荊棘的道路需要去跨越。

宇宙航行過程中的放射線防護問題也是一個亟待解決的重大難題。在廣袤的宇宙空間中,充滿了各種各樣的高能粒子和強烈的射線,這些對人體健康和航天器的正常執行都會造成極其嚴重的損害。如何有效地開發出先進的防護技術和材料,以保障太空人的生命安全和航天器的穩定執行,是一個需要全球科學家們共同攻克的重要課題。

長時間的宇宙航行對人類的生理和心理也會帶來巨大的考驗。在微重力的特殊環境下,人體會不可避免地出現肌肉萎縮、骨骼鈣質流失等一系列健康問題。而長時間身處孤獨和封閉的宇宙空間環境,容易導致太空人出現各種心理問題,如焦慮、抑郁、認知能力下降等。如何有效地解決這些生理和心理問題,保障太空人在宇宙航行中的身心健康,是我們必須面對和解決的現實問題。

盡管我們在宇宙探索的道路上面臨著如此眾多的困難和巨大的挑戰,但人類探索宇宙的堅定決心從未有過絲毫的動搖。因為對宇宙的不懈探索,不僅是人類對未知世界的本能追求,更是人類自身發展和進步的內在需要。

透過對宇宙的深入探索,我們能夠極大地促進科學技術的飛速發展。宇宙探索所需要的一系列先進技術,往往能夠在民用領域得到廣泛而有效的套用,從而有力地推動整個社會的全面進步和發展。例如,衛星通訊技術的不斷革新、氣象預報技術的日益精準、導航技術的日益完善等,都是源於宇宙探索的研究成果,並在我們的日常生活中發揮著越來越重要的作用。

同時,宇宙探索也有助於我們更加全面和深入地了解地球以及人類自身。透過對其他星球的環境和演化過程的研究,我們能夠更加深刻地認識到地球的無比珍貴和脆弱,從而更加堅定地采取行動來保護我們賴以生存的家園。而且,對宇宙中是否存在其他生命形式的探索,也能夠讓我們深入思考人類在宇宙中的獨特地位和未來的發展方向。

面對宇宙那無邊無際的浩瀚,人類或許在其面前永遠都顯得無比渺小和脆弱。但正是這種與生俱來的渺小和脆弱,激發了我們內心深處不斷探索、不斷進取的勇氣和堅定決心。每一次的突破,每一次的新發現,都讓我們離宇宙的終極真相更近了一步。

或許在遙遠的未來,當我們回首今天人類在宇宙探索道路上所經歷的種種艱辛與不懈堅持,我們會感慨萬千,會為人類的勇氣和智慧而感到無比自豪。但我們始終堅信,只要人類始終保持著對未知世界的強烈好奇和對真理的執著追求,終有一天,我們能夠在宇宙中自由暢遊,揭開宇宙那神秘而迷人的面紗,探索到宇宙的無盡奧秘。