【作者：黃姤】

地球是我們的家園，構(gòu)成它的成分主要是鐵、氧、硅、鎂等一些元素，而地球的質(zhì)量達(dá)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(gè)高山大海，其實(shí)從地球的整體來(lái)看只是微小的起伏，但是地球從太陽(yáng)系的角度來(lái)看是一顆并不起眼的行星。

行星系統(tǒng)

太陽(yáng)系是由太陽(yáng)和八大行星作為主體來(lái)構(gòu)成的，除了太陽(yáng)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(tǒng)里面水星、金星、地球、火星它們主要是由巖石來(lái)組成的，而另外幾顆行星是氣態(tài)的行星，而在行星系統(tǒng)里面最大的是木星，其次是土星，以地球的軌道半徑作為一個(gè)單位去度量太陽(yáng)系的大小，最外面的那顆行星就是海王星，它的軌道半徑達(dá)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(shuō)海王星它的軌道半徑大約是30個(gè)天文單位。

30個(gè)天文單位并不是真實(shí)的太陽(yáng)系的疆界的大小，因?yàn)樵?0個(gè)天文單位之外，還有一個(gè)稱為「柯伊伯帶 」的小天體聚集地，荷蘭天文學(xué)家柯伊伯和其他天文學(xué)家在研究太陽(yáng)系的過(guò)程里面發(fā)現(xiàn)，有一些小行星、彗星它們的運(yùn)動(dòng)特征反映了它們是來(lái)自于海王星之外的，在2006年國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)將冥王星從行星降級(jí)為矮行星，因?yàn)樵谔?yáng)系的外面半徑大約50個(gè)天文單位的地方有一個(gè)叫做柯伊伯帶的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域分布著很多類似于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，所以八大行星并不是太陽(yáng)行星系統(tǒng)的整體。

另外一位荷蘭天文學(xué)家奧爾特，他猜測(cè)在一個(gè)更大的空間存在著更多的小天體，這些小天體往往是長(zhǎng)周期彗星的發(fā)源地，這個(gè)區(qū)域叫做「奧爾特云」，目前并沒(méi)有直接的觀測(cè)證據(jù)支持它，但是通過(guò)去研究那些周期長(zhǎng)到幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)年的彗星，發(fā)現(xiàn)它們的軌道大小確實(shí)可以達(dá)到幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)個(gè)天文單位，所以?shī)W爾特云的存在是非?？赡艿?。

無(wú)論是奧爾特云還是柯伊伯帶它們的存在其實(shí)都反映了在太陽(yáng)系形成的過(guò)程中行星和其他的小天體曾經(jīng)發(fā)生過(guò)劇烈的相互作用，一方面行星從周圍的氣體里面吸收原料，另一方面它們相互之間有可能會(huì)發(fā)生碰撞，而這種碰撞過(guò)程會(huì)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云的區(qū)域。

星際空間

離開太陽(yáng)系進(jìn)入到星際空間的話，這個(gè)時(shí)候天文單位作為距離的單位又顯得太小了，所以需要一個(gè)更加適合的來(lái)描述天體距離單位，這就是 「光年」，光年其實(shí)是「光」在一年里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(lái)表征長(zhǎng)度的量，譬如光秒、光分、光時(shí)、光天等等，所以用這樣的單位可以描述離我們遠(yuǎn)近不同的天體。

舉例說(shuō)明：

月亮離我們大約是1.3光秒，太陽(yáng)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(yáng)其實(shí)是8分鐘前的太陽(yáng)，而離我們最近的恒星是半人馬座 α它距離我們是4.3光年，而武仙座星團(tuán)離我們達(dá)到了2.5萬(wàn)光年，仙女座星系是遠(yuǎn)到250萬(wàn)光年，所以我們現(xiàn)在看到的仙女座星系其實(shí)是在250萬(wàn)年前發(fā)出來(lái)的光。

在星際空間里面，距離其實(shí)是一個(gè)很難以想象的一個(gè)量，半人馬座是離我們最近的恒星，但實(shí)際上它不是一顆恒星，而是一個(gè)「三星系統(tǒng)」，其中最近的一顆叫做「人馬座Proxima」，如果把銀河系的太陽(yáng)比方成一個(gè)網(wǎng)球的話，那么地球的大小就相當(dāng)于一粒沙子，而這粒沙子如果在1米的距離上在繞著這個(gè)網(wǎng)球在運(yùn)轉(zhuǎn)，那么最近的半人馬座它就遠(yuǎn)在270千米之外。

在太陽(yáng)附近恒星的密度分布是一個(gè)非常小的量，每280立方光年里面才有1顆恒星。在地球上人口平均密度最低的地區(qū)是格陵蘭島，每大約100平方千米的面積里面才只有不到3個(gè)人，如果用格陵蘭島和恒星的平均密度相比的話，其實(shí)恒星的分布要更加稀疏1000倍以上，這也是李商隱在他的詩(shī)里面提到：“嫦娥應(yīng)悔偷靈藥，碧海青天夜夜心?！币?yàn)榈搅颂焐现螅鋵?shí)感覺(jué)到的就是孤寂和清冷。

恒星類比

恒星的大小相差很大，有許多跟我們太陽(yáng)類似的，但是也有不少比太陽(yáng)大很多的，當(dāng)然也有比太陽(yáng)更小的，所以根據(jù)它們的大小對(duì)恒星進(jìn)行分類，有些恒星的半徑可以比太陽(yáng)大100~1000倍，這一類恒星稱為「巨星」，更大的稱為「超巨星」，這些天體同時(shí)也往往是特別明亮的、光度特別的高，所以恒星在大小和光度上的差異，一種可能性是它們?cè)谛纬傻臅r(shí)候就天然地具有了在這些物理參數(shù)上的差別，另外一種可能性是恒星在演化的過(guò)程中它們的大小和光度發(fā)生了變化，為了去區(qū)分這兩種可能性，就必須要對(duì)恒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(shí)數(shù)目是非常稀少的，所以著名的天文學(xué)家赫茨普龍就比喻說(shuō)：“巨星和超巨星就像海洋里面的鯨魚一樣的，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(shù)量非常的稀少?！?/p>

星際物質(zhì)

在恒星之間是分布著叫做「星際物質(zhì)」的這樣一些氣體和塵埃，而它們的密度是非常低的，平均來(lái)講在1立方厘米里面才有1個(gè)粒子，但是它們的分布很不均勻，有些相對(duì)來(lái)講稠密一些，有些非常稀薄，比如「馬頭星云」的暗星云，它的密度就比較高，所以它可以遮擋背后的星光產(chǎn)生了一個(gè)類似馬頭一樣的形狀，這也導(dǎo)致我們對(duì)于銀河系的認(rèn)識(shí)在很長(zhǎng)時(shí)間里面一直沒(méi)有一個(gè)特別科學(xué)的概念，原因就是在于星際物質(zhì)對(duì)星光會(huì)產(chǎn)生吸收、會(huì)產(chǎn)生散射。

銀河系

在光學(xué)波段上看到的銀河系，那些明亮的區(qū)域就來(lái)自于恒星的輻射，那些黝黑的區(qū)域就是由于星際物質(zhì)的遮擋而產(chǎn)生的，而正因?yàn)檫@個(gè)原因，我們對(duì)銀河系的研究的歷史經(jīng)歷了一段非常曲折的過(guò)程，正如蘇軾在他的詩(shī)里面講到：“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中。”因?yàn)槲覀兊奶?yáng)系就恰好位于銀河系的盤上面，往周圍看的時(shí)候受到的星際物質(zhì)的影響就變得特別的嚴(yán)重。

但是如果換一個(gè)波段，在更長(zhǎng)的紅外波段觀看銀河系的時(shí)候星際物質(zhì)的影響相對(duì)就比較少了，所以可以比較明顯地看到恒星的分布，在紅外波段觀看銀河系就會(huì)特別清晰地展示出恒星分布在一個(gè)盤上面，中央隆起形成了一個(gè)稱為「河球」的結(jié)構(gòu)，所以銀河系實(shí)際上是一個(gè)盤星系。

如果我們處于銀河系外去觀察銀河系的話，看到的銀河系是一個(gè)漩渦形的，銀河系的盤并不是一個(gè)恒星均勻分布的盤，在盤上面有幾條旋臂，正因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)銀河系稱為「漩渦星系」，我們的太陽(yáng)就位于其中一條旋臂上面，銀河系是一個(gè)特別龐大的恒星系統(tǒng)，恒星的數(shù)目達(dá)到1000~4,000億顆，它的大小達(dá)到了10萬(wàn)光年，總質(zhì)量達(dá)到了10,000億倍的太陽(yáng)質(zhì)量，但是銀河系也只是一個(gè)普通的星系。

本星系群

銀河系和其他星系一起構(gòu)成了一個(gè)稱謂「本星系群」的星系集團(tuán)，而在這個(gè)星系集團(tuán)里面有幾十個(gè)成員星系，其中有兩個(gè)主角，一個(gè)是銀河系，另外一位是仙女座星系，它們是本星系群里面最大的、也是最重的兩個(gè)星系，本星系群的大小達(dá)到了大約400萬(wàn)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，并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(yùn)動(dòng)，最終這兩個(gè)星系會(huì)發(fā)生一次「銀河與仙女」的大沖撞，在未來(lái)的40億年之后，仙女座星系和銀河系發(fā)生碰撞、并和，最后合并成一個(gè)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(shí)并不是孤立的，在很多情形下它們受到外界非常嚴(yán)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(guò)程很可能就經(jīng)歷了大碰撞后的合并，通過(guò)大量的星系碰撞并合之后形成的。

室女座超星系團(tuán)

從更大的尺度比如說(shuō)達(dá)到了上億光年，這個(gè)時(shí)候我們?nèi)タ淬y河系在宇宙空間的位置的話，本星系群是從屬于一個(gè)更大的星系集團(tuán)，它稱為「室女座超星系團(tuán)」，而在室女座超星系團(tuán)里面包含了上百個(gè)星系團(tuán)或者說(shuō)星系群，它的中心位置處于室女座的方向，所以室女座超星系團(tuán)是目前已知的星系集團(tuán)中最大的，但是在我們可觀測(cè)宇宙里面，至少有1,000萬(wàn)個(gè)超星系團(tuán)，它們構(gòu)成了所謂的宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。

大尺度結(jié)構(gòu)·蜘蛛網(wǎng)

在利用星系紅移得到的物質(zhì)分布的圖里面，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(gè)點(diǎn)都代表一個(gè)星系，星系的分布呈現(xiàn)出一種類似于蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，而它們相互之間是連接的，在這里就涉及到我們沒(méi)法去展示的一種未知的物質(zhì)，稱為「暗物質(zhì)」，就是它們控制了星系的形成和演化的歷史。

（黃姤）總結(jié)：時(shí)間切片

上面展示的是星系的整體的空間分布，如果說(shuō)我們想看看星系誕生的時(shí)候是什么樣子的話，那么我們就得往更遠(yuǎn)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(yuǎn)，越遠(yuǎn)即越早，如果看到越暗的天體就意味著它離我們?cè)竭h(yuǎn)，而越遙遠(yuǎn)就意味著它誕生的時(shí)候距離我們的時(shí)間就越長(zhǎng)。在3個(gè)時(shí)間切片里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(chǎng)的觀測(cè)里面發(fā)現(xiàn)星系的形態(tài)往往是不規(guī)則的，跟今天我們看到大量的漩渦星系或者說(shuō)橢圓星系等等差別非常的大，所以說(shuō)星系的形成演化的歷史是非常復(fù)雜的。

往更早、更遠(yuǎn)的地方去看終究會(huì)有一個(gè)邊界，為什么呢？因?yàn)楣馑偈怯邢薜?，所以我們的宇宙有一個(gè)可觀測(cè)的邊界，這個(gè)邊界的大小大約是465億光年，宇宙本身或許是無(wú)限大的，但是可觀測(cè)宇宙是有限的，并且觀測(cè)者位于這個(gè)宇宙的中心，當(dāng)然每一個(gè)不同的觀測(cè)者都有一個(gè)他獨(dú)特的可觀測(cè)宇宙，所以我們對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)其實(shí)是依賴于我們對(duì)于宇宙內(nèi)天體的研究來(lái)獲得的。