在宇宙中,一切天體都在運動,具體而言,都在環繞某個引力中心或者說共同質心運動。
以太陽為靜止參照系,地球以30公裡/秒的速度繞著太陽運動,繞行一周的時間為1年,地球已經轉了45億圈。以銀河系中心為靜止參照系,太陽以220公裡/秒的速度繞著銀心運動,繞行一周的時間為2.3億年,太陽已經轉了20圈。
那麼,銀河系是怎樣的情況呢?
本星系群是比銀河系更大的結構,其引力中心位於銀河系和仙女座星系之間,其中的星系都會直接或者間接環繞該中心運動。再往上更大的結構是本超星系團,或稱室女座超星系團,因為它的引力中心位於室女座星系團。銀河系以及本星系群中的另外數十個星系都會環繞室女座超星系團中心運動,那麼,銀河系繞行一周需要多長時間呢?
在引力的作用下,本星系群帶著銀河系環繞本超星系團中心的運動遵循牛頓力學:
上式中,G為萬有引力常數,M為本超星系團的總質量,m為本星系群的質量,v為本星系群的繞行速度,r為本星系群與引力中心的距離。
根據測量,本超星系團的總質量約為1.5×10^15倍太陽質量,即1500萬億倍太陽質量,或者3×10^45千克。本超星系團的直徑約為1.1億光年,本星系群位於邊緣地帶,距離中心大約5500萬光年,即5.2×10^23米。本星系群的質量為太陽質量的2萬億倍,但計算用不到。
代入上式,可以計算出本星系群的繞行速度約為620公裡/秒。再根據圓周運動規律,可以計算出本星系群繞行一周的時間約為1670億年,這就是銀河系繞著室女座超星系團中心運行一圈的時間。
考慮到宇宙誕生至今才過去138億年,這意味著銀河系至今還沒有環繞本超星系團中心公轉一周。事實上,這個公轉周期只是理想化的計算結果,銀河系在未來也不會完成一圈公轉。
在宇宙中,星系之間的相對於運動會改變質量分布,大尺度結構會發生變化,所以銀河系的繞行軌道不是確定的。
要知道,距離我們大約2億光年之外有一個異常的引力中心——巨引源,它正在把我們吸引過去。在方圓數億光年的範圍內,幾百萬個星系的運動都受到了巨引源的影響。未來,巨引源會把我們帶向何方還不清楚。事實上,我們就連巨引源是什麼都不知道,只知道那裡引力存在異常,聚集著大量的質量。
另外,在暗能量的驅使下,宇宙還在持續加速膨脹,這會導致空間中的星系被互相拉開,並且距離越遠,分開速度越快。只有像本星系群這樣的小尺度結構才能被引力束縛住,而像本超星系團這樣的大尺度結構最終會因為空間膨脹而解體,其中的星系各自分散到宇宙中。由於引力的作用,本星系群中的幾十個星系將會合併成一個星系,首當其衝的是銀河系與仙女座星系。