关于宇宙是否有边界的问题,长久以来都备受争议。但在2018年,似乎有了明确的答案。那么,你认为宇宙真的有边界吗?
曾有消息盛传:在宇宙遥远的边际,发现了一道绵长35亿光年的「巨墙」,翻越此墙,便是宇宙的尽头。
这条消息其实是对科学研究的误解。那道墙并不是宇宙内外的边界,而是宇宙内部更大的天体结构。
确实如此,你并未误解。这个结构的长度之巨大,已经达到以亿光年为单位的尺度,然而,令人惊讶的是,它并不是目前已知的最大结构。
【用秒差距代替光年描述的最大天体】
光年,这一单位在天文学中广为人知,被视为极大的长度单位。然而,当我们进一步探索宇宙的辽阔,当需要在数字后面增加更多零时,秒差距便超越了光年的概念,成为了新的尺度单位。
尽管秒差距相对于光年所描述的距离更远,但这一单位通常仅在天文学家的日常工作中使用,目的是为了简化计算和表述,减少数值的大小。
自2013年起,秒差距的应用愈发符合实际需求,其在宇宙深处探测更大天体结构时发挥着不可或缺的作用。
去年11月,天文学家运用卫星和射电望远镜在宇宙深处探寻,观测到了多次伽马射线暴。随着对爆发位置的描绘,他们获得了惊人的发现。
在伽马射线暴的范围内,存在着一个巨大的构造,这个构造由无数个星系构成,形成了一个庞大无比的天体结构。这个结构超乎我们的想象,共同塑造了这一壮观的景象。
可观测宇宙的规模庞大无比,其一端的最大距离竟超过100亿光年。即使转换为秒差距,也有高达30亿秒差距的惊人长度。尽管另一端的距离相对较短,但依然达到了72亿光年,相当于22亿秒差距。
武仙-北冕座长城是后来给这个巨大结构所取的名字,这个名字源于武仙座和北冕座,因为该天体在投影时的位置恰好落在这两个星座的区域内。
谈及长城,字面上它指的是城墙,但在宇宙天体的语境中,它则象征着一种宏大的天体结构,宛如绵延的城墙。这种被称为「长城」的天体构造,其规模远超公众所熟知的「超星系团」、「星系团」乃至「星系群」。它代表着宇宙中更为辽阔和壮观的构造,展现了宇宙无尽的奥秘与浩渺。
【大尺度结构】
上世纪80年代,约翰·修兹劳和玛格利特·盖勒首次提出了天文学上的「长城」概念,即大尺度结构或大尺度构造。这一观点为天文学研究提供了新的视角。
这庞大的天体构造,源自于无数像银河系一样的星系共同构建。如果将宇宙比作丝瓜,那么丝瓜内部的网状结构就如同宇宙中的大尺度结构,相互交织,构成了一个宏大的网络。
此外,这种网状结构是三维立体的,并非简单的平面形态,其结构不规则,至少在目前人类可观测的范围内如此。因此,这种大尺度结构又被称为大尺度纤维状结构。
早期的天文学家曾普遍假设宇宙中的所有物质是均匀散布的。但自上世纪80年代起,研究逐渐揭示出宇宙内部的分布并不均衡。例如,星系等物质的分布并不均匀,有的区域物质密集,而有的区域则相对稀疏。
引力的作用下,物质聚合的地方引力强,不断吸纳周围物质,密度随之增高。
简言之,某些区域因原始引力较弱,未能促成物质的有效集结,从而在宇宙中形成了无物质的空洞。
这些物质以丝瓜瓤般的网状结构聚合在一起,而空洞的区域则如同真空,毫无物质存在。这种独特的结构使得物质间相互连接,形成了一个错综复杂的网络,而空洞则成为了这个网络中的空白地带。这种布局使得整个结构既坚固又轻盈,展现出独特的物理特性。
在看似空旷的地球周围,实际上我们身处于复杂的宇宙结构中。太阳系作为地球所在的星系,再上一级则是包含太阳系的银河系,它们共同构成了宇宙的网状结构。然而,我们人类在这个庞大的宇宙中如同微尘,难以确定自己的具体位置。
有人或许会疑惑,为何称之为网状结构,似乎应紧密相连。然而,行星与行星之间,恒星系及更广阔星系间的距离辽阔而稀疏。实际上,这种网状结构指的是它们之间的潜在联系和相互影响,而非物理上的紧密相连。
我们之所以觉得空间空旷,是因为从微观角度看,星体间的距离似乎遥不可及。然而,从更宏大的宇宙尺度观察,星系的存在与否却变得一目了然。这种差异突显了微观与宏观视角下的不同感受。
一个典型的例子是我们在晴朗的夜空中观察到的银河,它看似一条绵长的直线。但实际上,这条线是由无数个恒星系组成的,这些恒星系彼此之间的距离都非常遥远。
所以,从宏观的角度看,感知的广度决定了视野的整体景象。就如同站在高楼之巅俯瞰,或是乘坐飞机俯瞰地面,这两种情况下视野的广度是不同的。
若置身外太空,地球全貌尽收眼底;若视野如银河系般辽阔,太阳系及其恒星系皆清晰可见;而若拥有宇宙般宏大的视野,则可见超星系团与星系团交织成网状结构的壮丽景象。
显而易见,人类的视野有限,因此无法窥见宇宙的全貌,只能窥见其一隅。然而,当我们从宏观转向微观,观察物质的构造时,会发现其与宇宙的结构似乎有着异曲同工之妙。
当我们用肉眼观察一片树叶时,我们能看到的是它的叶脉和叶片本身。然而,如果我们使用放大设备进一步观察,我们会发现这些看似连续的线状和片状结构实际上是由无数个微小的细胞构成的。更令人惊讶的是,这些细胞并不是紧密排列的,它们之间还存在着一些空洞区域。
由此可知,通过类比推理,我们可以得出大尺度结构是宇宙在人类视野下所呈现的更宏观的形态。
【构成「长城」的星系和星球】
天文学家们常用长城来形容大尺度结构,这不过是一种形象的类比和戏称。1989年,他们发现了一个巨型结构,尽管它的规模没有2013年发现的武仙-北冕座长城那么大,但其长度仍达到了惊人的7.6亿光年,宽度也超过了2亿光年。这一发现再次证明了宇宙中存在着巨大的结构,它们的规模和复杂性超出了我们的想象。
墙体的厚度达到了惊人的1500万光年,这是何等的概念?想象一下,如果将13亿条长城相连,它们的总长度才仅仅为1光年。这堵墙的厚度与之相比,无疑是一个天文数字。
从远处观察,它确实如一道绵长的城墙。在最初发现时,天文学家们曾怀疑这一巨型结构是否能承受得住重力的压迫。然而,通过后续的模拟计算,他们惊讶地发现,它仍然处于理论允许的范围之内。
那时的天文学家尚未意识到,长城的发现为人类揭示了一个更广阔的宇宙视野。1991年,天文学家们再次刷新了认知,他们发现了一座更为庞大的「长城」,其长度竟高达惊人的5.8亿秒差距。这一发现无疑将人类对宇宙的认识推向了新的高度。
2003年,另一个巨大的构造——史隆长城被发现,其长度达到了惊人的13.7亿光年,比已知的最大构造还要长出6亿光年。
在将来,人类或许将面临更为颠覆性的认知挑战,遭遇比现在更庞大的结构。然而,不论这些巨型结构规模如何宏大,其本质上仍然是由无数星系乃至星体所构成的。
长城般宏伟的结构,其实是由无数超星系团汇聚而成。在我们所能观测的广阔宇宙中,天文学家们已经记录下了超过千万个这样的超星系团。
超星系团是由众多星系团构成的,其中每个超星系团下的星系团数量各不相同,最少的可能有几十个,而最多的则可能达到数千个。
下一级的星系团,由众多类似银河系的星系汇聚而成。单个星系团中,星系的数量远超几千,构成了庞大的宇宙结构。
当星系数量较少,仅为数十个时,它们被称为星系群。我们的银河系就位于这样一个星系群内,其中大约包含50个星系。
与之相较,室女座星系团是本星系群中最大的星系团,其所包含的星系数量超过2500个。
银河系已接近宇宙的最小结构层次,再往下便是各个恒星系。我们所在的银河系中,恒星数量庞大,至少有2000亿至3000亿颗。
概括来说,行星环绕恒星旋转,恒星则汇聚成星系,多个星系再联结成星系群或星系团,而星系团进一步集结构成超星系团,最终,这些超星系团组合起来,形成了壮丽的宇宙长城。
这些集合的规模庞大无比,当它们被纳入更大的集合时,它们的规模会不断扩大。因此,我们可以这样理解:恒星是构成星系的基石,而像银河系这样的星系,又是构建长城的基石。
在这个架构内,大似乎并无边界,而是被层层嵌套其中。
【已知最大的星系】
从银河系的角度观察,它的直径大约是10万光年,这在人类的认知范围内是极为庞大的。但是,如果将银河系放在整个宇宙的尺度上进行比较,它就像是一个渺小的存在,远非最大的星系。
经过天文学家的探索,他们发现了迄今为止已知的最大星系——阿尔库俄纽斯。其直径庞大无比,高达银河系的153倍,相当于超过1653万光年的广阔范围。这一发现进一步拓宽了我们对宇宙的认知边界。
银河系与另一星系同属于师一级单位,但两者在人员规模上存在显著差异。银河系的基本人员数量约为3000人,而后者则人员齐备,数量介于10000至15000人之间。
星系的大小主要取决于其引力累积的程度。此外,星系本身也在运动,有可能与其他星系融合,进而形成更大的星系。因此,星系大小的演变是一个动态的过程,不仅受到内部引力的影响,也受到星系间相互作用的影响。
【结语】
宇宙的结构揭示了微观与宏观,动态与静态之间的紧密联系。从宏观到微观,从静到动,这种关系无处不在。
当前认知下,长城以其庞大的构造堪称举世无双,且被视为一个稳固的整体。然而,随着未来对宇宙的不断深入了解和发现,现有的认知水平可能会再次被打破。显然,宇宙探索永无止境,只有无尽的奥秘等待我们去揭示。
【宇宙边界现身波江座?并非事实】科技日报讯,2018年11月29日曾有报道提及天文学家在波江座发现宇宙边界的传闻,但此说法过于乐观。而据参考消息网2022年3月7日报道,天文学家确实发现了宇宙中的最大星系,其直径竟达银河系的150倍,这一发现为我们揭示了宇宙的辽阔与神秘。