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银河系在一个什么空间中?

晚上散步时抬头看了一眼,城市光害严重,只稀稀拉拉看到几颗亮星,突然就冒出那个问题——我们整天说银河系、银河系,银河系本身是漂在什么东西里面的?

其实问得再直白一点:银河系占着一个什么更大的“容器”?

银河系在一个什么空间中?

先把银河系从“万能背景”里摘出来

很多人潜意识里觉得银河系之外就是“空”,这不对,银河系本身是一个实体,它外面当然还有别的东西,就像你家住在一个小区里,小区外面还有城市,关键是——银河系的“小区”叫什么?

让我们从小到大排一下:

  • 太阳系:在银河系的一条旋臂上,离中心大概2.6万光年。
  • 银河系本身:一个直径大约10万到18万光年的棒旋星系,包含上千亿颗恒星。

好了,现在站到银河系外面去,你看到的下一层结构,叫做本星系群(Local Group)。

本星系群——银河系最近的“邻居圈”

本星系群直径大概1000万光年,听上去很大吧?但里面满打满算也就几十个星系,比较出名的几位:

星系名称 类型 大致直径(光年)
银河系 棒旋星系 10万-18万
仙女座星系(M31) 旋涡星系 约22万
三角座星系(M33) 旋涡星系 约6万
大麦哲伦云 不规则矮星系 约1.4万

银河系和仙女座星系是这个群里的两个“大哥”,质量占了大头,其他都是些矮星系,在引力场上跟着转,目前仙女座正以每秒约110公里的速度朝我们冲过来,大概40亿年后会和银河系撞上——不过说是“撞”,其实恒星之间距离太大,更多的是一场引力舞蹈,最后合并成一个更大的椭圆星系。

所以银河系直接所处的空间,就是本星系群,这是第一层答案。

本星系群又泡在什么里面?

你不能刚找到“小区”就停了吧?本星系群外面还有东西。

往上走一层,叫室女座超星系团(Virgo Supercluster),有时候也直接叫本超星系团,直径大约1亿光年,里面包含上百个像本星系群这样的星系群和星系团,中心在室女座方向,那里有一个巨大的星系团——室女座星系团,质量大得惊人,整个超星系团里的东西都在向它缓慢靠近。

我们本星系群大概在超星系团的外围,有点像住在郊区。

银河系在一个什么空间中?

等等,2014年之后答案又变了

天文学家在2014年重新画了一次地图,他们发现,室女座超星系团其实只是一个更大结构的一部分,这个更大的家伙被命名为拉尼亚凯亚超星系团(Laniakea Supercluster)——夏威夷语里意思是“无尽的天堂”。

拉尼亚凯亚的尺度有多大?直径大概2亿光年,包含大约10万个星系,总质量大约是太阳的10的17次方倍,它的内部有一个明确的引力中心,叫做巨引源(Great Attractor)——名字听着挺唬人,其实就是那个方向上累积了极大质量,拉尼亚凯亚里的所有星系都在朝它缓慢流动。

我们银河系,连同本星系群、室女座星系团,以及周围一大片东西,全都在这条巨大的“星系河流”里,一起往巨引源的方向漂。

所以现在比较准确的回答是:银河系存在于一个叫“拉尼亚凯亚超星系团”的空间结构中。

那拉尼亚凯亚外面呢?更大尺度上的真相

再往外走,结构就开始变得……均匀了。

拉尼亚凯亚超星系团隔壁还有其他超星系团,比如双鱼-鲸鱼座超星系团复合体,再往上看,这些超星系团会排列成一条条巨大的纤维状结构,中间隔着一个又一个巨大的空洞,像海绵一样,这就是宇宙的大尺度结构

到了这个层级(大概几亿到几十亿光年的尺度),你在任何一个方向上看,物质的分布都是统计均匀的,也就是说,再也没有更大的“容器”了,整个可观测宇宙就是一个直径约930亿光年的球体——这是目前我们能看到的极限,超出这个范围的光还没来得及跑过来,所以我们不知道外面是什么,可能永远也不会知道。

换句话说,银河系在拉尼亚凯亚超星系团里,而拉尼亚凯亚在宇宙大尺度纤维网里,这张网最终消融在宇宙的均匀背景中。

顺便纠正一个容易想歪的地方

有人会问:那宇宙外面是什么?宇宙本身泡在什么东西里?

这个问题目前物理学给不出答案,甚至可能是个无效问题,因为“空间”本身就是宇宙的属性,不是宇宙放在一个更大的空间里,就像你不能问“地球表面以北是什么”——出了北极点,你没办法再往北走,问题本身已经用尽了定义。

所以我们只能说清楚银河系在可观测宇宙内部的嵌套层级,不扯那些玄的。

站久了脖子有点酸,夜空看着空荡荡,其实背后的结构一层套一层,只是我们眼睛收不到那么多光子罢了,银河系并不是孤独地挂在什么地方,它被引力织进了一张无比巨大的网里,而我们正跟着它在太空中狂奔。

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