室女座超星系團是目前已知的星系集團中最大的

【作者：黃姤】

地球是我們的家園，構成它的成分主要是鐵、氧、矽、鎂等一些元素，而地球的質量達到了6×10^24千克，它的半徑大約有6400千米，所以在地球表面上那些個高山大海，其實從地球的整體來看只是微小的起伏，但是地球從太陽系的角度來看是一顆並不起眼的行星。

行星系統

太陽系是由太陽和八大行星作為主體來構成的，除了太陽和八大行星之外還有一些稱為矮行星、小行星、彗星等等的小天體，在行星系統裡面水星、金星、地球、火星它們主要是由巖石來組成的，而另外幾顆行星是氣態的行星，而在行星系統裡面最大的是木星，其次是土星，以地球的軌道半徑作為一個單位去度量太陽系的大小，最外面的那顆行星就是海王星，它的軌道半徑達到了30倍的地球軌道半徑，把地球的軌道半徑稱為 「天文單位 」，所以說海王星它的軌道半徑大約是30個天文單位。

30個天文單位並不是真實的太陽系的疆界的大小，因為在30個天文單位之外，還有一個稱為「柯伊伯帶 」的小天體聚集地，荷蘭天文學家柯伊伯和其他天文學家在研究太陽系的過程裡面發現，有一些小行星、彗星它們的運動特徵反映了它們是來自於海王星之外的，在2006年國際天文學聯合會將冥王星從行星降級為矮行星，因為在太陽系的外面半徑大約50個天文單位的地方有一個叫做柯伊伯帶的區域，這個區域分布著很多類似於冥王星這種比較小的天體，以及一些短周期的彗星、小行星等等，所以八大行星並不是太陽行星系統的整體。

另外一位荷蘭天文學家奧爾特，他猜測在一個更大的空間存在著更多的小天體，這些小天體往往是長周期彗星的發源地，這個區域叫做「奧爾特雲」，目前並沒有直接的觀測證據支持它，但是通過去研究那些周期長到幾萬甚至幾十萬年的彗星，發現它們的軌道大小確實可以達到幾萬甚至幾十萬個天文單位，所以奧爾特雲的存在是非常可能的。

無論是奧爾特雲還是柯伊伯帶它們的存在其實都反映了在太陽系形成的過程中行星和其他的小天體曾經發生過劇烈的相互作用，一方面行星從周圍的氣體裡面吸收原料，另一方面它們相互之間有可能會發生碰撞，而這種碰撞過程會拋出非常多的小天體，它們一部分聚集在柯伊伯附近，還有一部分落到了奧爾特雲的區域。

星際空間

離開太陽系進入到星際空間的話，這個時候天文單位作為距離的單位又顯得太小了，所以需要一個更加適合的來描述天體距離單位，這就是 「光年」，光年其實是「光」在一年裡面所走的路程也就是9.46×10^12千米，除了光年之外可以有相似的、其他的以光速來表徵長度的量，譬如光秒、光分、光時、光天等等，所以用這樣的單位可以描述離我們遠近不同的天體。

舉例說明：

月亮離我們大約是1.3光秒，太陽離我們是8.3光分啊，所以你每看一次月亮，你看的都是大約1秒前的月亮，而你每次看到的太陽其實是8分鐘前的太陽，而離我們最近的恆星是半人馬座 α它距離我們是4.3光年，而武仙座星團離我們達到了2.5萬光年，仙女座星系是遠到250萬光年，所以我們現在看到的仙女座星系其實是在250萬年前發出來的光。

在星際空間裡面，距離其實是一個很難以想像的一個量，半人馬座是離我們最近的恆星，但實際上它不是一顆恆星，而是一個「三星系統」，其中最近的一顆叫做「人馬座Proxima」，如果把銀河系的太陽比方成一個網球的話，那麼地球的大小就相當於一粒沙子，而這粒沙子如果在1米的距離上在繞著這個網球在運轉，那麼最近的半人馬座它就遠在270千米之外。

在太陽附近恆星的密度分布是一個非常小的量，每280立方光年裡面才有1顆恆星。在地球上人口平均密度最低的地區是格陵蘭島，每大約100平方千米的面積裡面才只有不到3個人，如果用格陵蘭島和恆星的平均密度相比的話，其實恆星的分布要更加稀疏1000倍以上，這也是李商隱在他的詩裡面提到：「嫦娥應悔偷靈藥，碧海青天夜夜心。」因為到了天上之後，其實感覺到的就是孤寂和清冷。

恆星類比

恆星的大小相差很大，有許多跟我們太陽類似的，但是也有不少比太陽大很多的，當然也有比太陽更小的，所以根據它們的大小對恆星進行分類，有些恆星的半徑可以比太陽大100~1000倍，這一類恆星稱為「巨星」，更大的稱為「超巨星」，這些天體同時也往往是特別明亮的、光度特別的高，所以恆星在大小和光度上的差異，一種可能性是它們在形成的時候就天然地具有了在這些物理參數上的差別，另外一種可能性是恆星在演化的過程中它們的大小和光度發生了變化，為了去區分這兩種可能性，就必須要對恆星整體的演化路徑做詳盡的研究。

「巨星」和「超巨星」雖然特別明亮，但其實數目是非常稀少的，所以著名的天文學家赫茨普龍就比喻說：「巨星和超巨星就像海洋裡面的鯨魚一樣的，分布最多的還是那些小魚、小蝦，鯨魚雖然龐大但是它們的數量非常的稀少。」

星際物質

在恆星之間是分布著叫做「星際物質」的這樣一些氣體和塵埃，而它們的密度是非常低的，平均來講在1立方釐米裡面才有1個粒子，但是它們的分布很不均勻，有些相對來講稠密一些，有些非常稀薄，比如「馬頭星雲」的暗星雲，它的密度就比較高，所以它可以遮擋背後的星光產生了一個類似馬頭一樣的形狀，這也導致我們對於銀河系的認識在很長時間裡面一直沒有一個特別科學的概念，原因就是在於星際物質對星光會產生吸收、會產生散射。

銀河系

在光學波段上看到的銀河系，那些明亮的區域就來自於恆星的輻射，那些黝黑的區域就是由於星際物質的遮擋而產生的，而正因為這個原因，我們對銀河系的研究的歷史經歷了一段非常曲折的過程，正如蘇軾在他的詩裡面講到：「不識廬山真面目，只緣身在此山中。」因為我們的太陽系就恰好位於銀河系的盤上面，往周圍看的時候受到的星際物質的影響就變得特別的嚴重。

但是如果換一個波段，在更長的紅外波段觀看銀河系的時候星際物質的影響相對就比較少了，所以可以比較明顯地看到恆星的分布，在紅外波段觀看銀河系就會特別清晰地展示出恆星分布在一個盤上面，中央隆起形成了一個稱為「河球」的結構，所以銀河系實際上是一個盤星系。

如果我們處於銀河系外去觀察銀河系的話，看到的銀河系是一個漩渦形的，銀河系的盤並不是一個恆星均勻分布的盤，在盤上面有幾條旋臂，正因為這個特點銀河系稱為「漩渦星系」，我們的太陽就位於其中一條旋臂上面，銀河系是一個特別龐大的恆星系統，恆星的數目達到1000~4,000億顆，它的大小達到了10萬光年，總質量達到了10,000億倍的太陽質量，但是銀河系也只是一個普通的星系。

本星系群

銀河系和其他星系一起構成了一個稱謂「本星系群」的星系集團，而在這個星系集團裡面有幾十個成員星系，其中有兩個主角，一個是銀河系，另外一位是仙女座星系，它們是本星系群裡面最大的、也是最重的兩個星系，本星系群的大小達到了大約400萬光年，而在銀河系和仙女座星系周圍都有一些小星系在圍繞著它們，並且仙女座星系正在大約以100千米每秒的速度向著銀河系運動，最終這兩個星系會發生一次「銀河與仙女」的大衝撞，在未來的40億年之後，仙女座星系和銀河系發生碰撞、並和，最後合併成一個更大的橢圓形的星系，所以它也揭示了星系的形成和演化其實並不是孤立的，在很多情形下它們受到外界非常嚴重的影響，特別是那些比銀河系大很多的橢圓星系它們的形成過程很可能就經歷了大碰撞後的合併，通過大量的星系碰撞併合之後形成的。

室女座超星系團

從更大的尺度比如說達到了上億光年，這個時候我們去看銀河系在宇宙空間的位置的話，本星系群是從屬於一個更大的星系集團，它稱為「室女座超星系團」，而在室女座超星系團裡面包含了上百個星系團或者說星系群，它的中心位置處於室女座的方向，所以室女座超星系團是目前已知的星系集團中最大的，但是在我們可觀測宇宙裡面，至少有1,000萬個超星系團，它們構成了所謂的宇宙的大尺度結構。

大尺度結構·蜘蛛網

在利用星系紅移得到的物質分布的圖裡面，就展示了在幾十億光年大小的尺度上面星系的分布，圖上面的每一個點都代表一個星系，星系的分布呈現出一種類似於蜘蛛網的結構，而它們相互之間是連接的，在這裡就涉及到我們沒法去展示的一種未知的物質，稱為「暗物質」，就是它們控制了星系的形成和演化的歷史。

（黃姤）總結：時間切片

上面展示的是星系的整體的空間分布，如果說我們想看看星系誕生的時候是什麼樣子的話，那麼我們就得往更遠的距離， 往更早的歷史的方向去看，也就是所謂的越暗即越遠，越遠即越早，如果看到越暗的天體就意味著它離我們越遠，而越遙遠就意味著它誕生的時候距離我們的時間就越長。在3個時間切片裡面展示的而是在不同的宇宙的年齡階段，星系的形狀的變化，尤其是在最早期的哈勃極深場的觀測裡面發現星系的形態往往是不規則的，跟今天我們看到大量的漩渦星系或者說橢圓星系等等差別非常的大，所以說星系的形成演化的歷史是非常複雜的。

往更早、更遠的地方去看終究會有一個邊界，為什麼呢？因為光速是有限的，所以我們的宇宙有一個可觀測的邊界，這個邊界的大小大約是465億光年，宇宙本身或許是無限大的，但是可觀測宇宙是有限的，並且觀測者位於這個宇宙的中心，當然每一個不同的觀測者都有一個他獨特的可觀測宇宙，所以我們對於宇宙的認識其實是依賴於我們對於宇宙內天體的研究來獲得的。

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