中學地理課上我們會學到一個名詞,叫做黃道面,這是地球環繞太陽公轉時形成的一個平面。儘管地球形成的公轉平面才叫黃道面,但太陽系所有行星都大致在這個盤面附近圍繞太陽公轉!當然還有一個名詞叫做銀道面,是大量環繞銀心公轉的恆星形成的銀盤面,與太陽系的黃道面是一個虛擬的平面不一樣,應道面是客觀存在的,因為大量的恆星形成了一個切切實實的盤面!
為什麼太陽系或者更大的銀河系和仙女星系,都是這種扁平漩渦狀,宇宙就是由這樣的星系構成的嗎,或者在更大的尺度上會有更大的漩渦出現嗎?
從太陽系和銀河系的誕生說起
太陽系誕生於一片星雲,這個說法最早是德國哲學家康德提出來的,幾十年後法國物理學家、數學家拉普拉斯獨立提出了這一假說,因此又稱康德-拉普拉斯星雲說!儘管早期這些都是猜測,但事實上現代天文非常認可這個說法!

當然這並非虛言,因為在金牛座和獵戶座的星雲中,都觀測到了大量正在形成中的行星積盤!這些行星積盤已經通過早期的不穩定坍縮,還有可能經歷了內部分裂,最終形成了正在誕生恆星和行星星雲積盤,在這個過程中,非常關鍵的有幾個因素,首先是不穩定擾動引起坍縮,其次是坍縮區域分裂或者獨立收縮,然後是星雲因為角動量扁平化!

行星誕生於扁平化的星雲積盤中,所以行星公轉平面和黃道面角度相差並不大,將太陽系所有行星的過道畫出來的話,它就是一個大環套小環的形狀!

銀河系是怎麼誕生的?
儘管伽利略在16世紀就發明瞭望遠鏡,但對銀河系的認識卻道二十世初期才有突飛猛進的認識,而對於銀河系的誕生和演化更是一頭霧水,1962年三位科學家提出了一個ELS模型,他們認為銀河系誕生過程和太陽系類似,也是誕生於一塊巨大的星雲!
似乎一切都很完美,因為這個假說完美解決了銀河系的角動量,但仍然存在非常嚴重的問題,比如太陽系中越靠近恆星的行星個頭反而小,而越靠近邊緣處則行星越稀少,但銀河系似乎並沒有遵循這個道理,銀盤邊緣仍然存在大量的恆星,所以這個ELS模型無法解釋這種情況。
1977年有兩位科學提出了不同於ELS模型的另一個模型,這個取用兩位科學首字母命名的SZ模型的核心思想是:銀河系是碰撞與捕獲過程中漸漸成長的,但當時沒有觀測手段驗證,因此長期得到冷落,一直到1990年代後發現的人馬座橢球星系被銀河系撕扯成長條狀,這個碰撞捕獲的銀河系成因說才被實錘!
星系的演化與發展
星系大都是自轉的,因為星系中心存在質量非常龐大的巨型黑洞,因此星系中的恆星會沿著測地線運動,所以自轉形成也是非常自然的事情,但由於星系體積龐大,質量分散,因此這種運動是非常鬆散的,而且還有形成過程中的吞噬或形成時間先後上的不一致,星系的發展大致有如下幾種形狀:

這是天文學家哈勃在1926年提出的星系形態分類法,因為這個圖標形狀非常像音叉,所以又被稱為哈勃音叉!一般的星系被分為:
橢圓星系螺旋星系透鏡星系不規則星系在這些星系中橢圓星系的運動並不是以自轉為主,只有少許不規則運動,這類星系內部星雲物質很少,幾乎難有年輕恆星,比如去年剛拍下中心黑洞照片的M87就是一個橢圓星系!螺旋星系則以自轉運動為主,比如銀河系和仙女星系都是,透鏡星系則介於橢圓星系和螺旋星系之間。

另外則是不規則星系,大都是合併中的星系或者是矮星系,當然不規則星系也不會一直都不規則,它未來可能形成規則的橢圓星系或者漩渦星系,但未來的發展我們很難預料!另外一些不規則的愛星系如大小麥哲倫星系,它們的自轉很像一枚指紋,這是星系內部質量分布不均造成的!

但它仍然是自轉的,這是質量分散導致的不規則自轉而已。
大尺度上宇宙的結構
我們了解了星系的運動方式,比如在IC1011這種超級星系中,幾乎就只剩下了不規則運動,那麼可想而知,比星系尺度更大的星系團和超星系團的運動方式就更加不規則了!至少可以肯定銀河系不是繞著誰公轉的,但恰恰相反,宇宙在更大尺度上的運動非常有意思,比如從銀河系開始,到更大的本星系群,再到室女座超星系團,再到拉尼亞凱亞超星系團,再是雙魚-鯨魚座超星系團複合體,它們的範圍高達數億光年,整體形狀排布非常有意思:
宇宙在更大尺度上表現的就是這種絲狀結構
像是一條流淌的星河,銀河系只在一個絲狀的分支上!但更大尺度上星系的分布基本又是均勻的,這也是宇宙各向同性的切實體現,但這並不影響局部形成星系和恆星,這宇宙真是恰到好處!

所以宇宙是更多的像一個錯綜複雜的網,而不是環套環,即使它是由環套環的星系構成也不影響它在更大尺度上構成絲網狀!