银河快报

银河系是什么中的一员?在一个不起眼的夏夜重新认识我们的宇宙地址

上周带小侄女在乡下看星星,她仰着头突然问了我一句:“叔叔,你说这些星星住哪儿啊?”我指着头顶那条朦朦胧胧的光带说,就住那儿,那条河里,她撇撇嘴不信,后来我想了想,其实她说得对,我们确实该好好聊聊银河系到底住在哪儿这件事。

这事儿其实挺有意思的,因为大多数人能脱口而出银河系的直径是10万光年、里面有上千亿颗恒星,但被问到银河系属于什么结构的时候,很多人就开始含糊了,我自己第一次认真想这个问题,也是在一次露营时抬头看天,突然意识到——我知道自己在地球上,地球在太阳系里,太阳系在银河系里,那银河系呢?银河系又在什么东西里面?

银河系是什么中的一员?——在一个不起眼的夏夜重新认识我们的宇宙地址

先搞清楚一个最基本的问题

用最直白的话说:银河系是一个星系,而星系是宇宙的基本结构单元,这就好比说,砖是盖房子的基本单元,银河系本身是一块“砖”,那它肯定参与到了某个更大的“建筑”里。

费曼老爷子有个习惯,他讲东西总喜欢从最日常的地方切入,他说如果人类文明要毁灭了,只能留给后人一句话讲清楚最重要的科学知识,他会选“万物由原子构成”,现在如果只能留一句话讲清楚银河系的位置,我会说:银河系是一个叫做本星系群的小型星系集团里的第二大成员。

这就引出了一个关键概念——本星系群,它不浪漫,名字听着甚至有点土,但它就是银河系的“小区”。

结构层次 尺度
太阳系 太阳、八大行星、小行星带等 约1光年
银河系 上千亿颗恒星、星团、星云 约10万光年
本星系群 银河系、仙女座星系、三角座星系等约50个星系 约1000万光年

看到这个表你应该能感觉到,尺度是跳跃式扩大的,太阳系到银河系,跨度直接翻了十万倍;银河系到本星系群,又翻了上百倍,这些数字大得有点抽象,但没关系,先在心里留个印象就好。

银河系的“邻居们”都长什么样?

本星系群里真正称得上“大个子”的,就三个星系:

  • 仙女座星系——比银河系还大一圈,是本星系群里的老大哥,它的直径大概22万光年,恒星数量可能超过一万亿颗,秋冬季天气好的时候,用肉眼就能在仙女座方向看到一个模糊的椭圆光斑,那就是它。
  • 银河系——排名第二,直径约10万到18万光年之间,确切数字天文学家还在争论。
  • 三角座星系——第三大,直径约6万光年,没有前两个那么震撼,但也是正儿八经的旋涡星系。

剩下的成员都是些矮星系,比如大小麦哲伦云,这是南半球才能看到的两个模糊光团,它们是银河系的卫星星系,正绕着银河系转圈,麦哲伦本人当年环球航行的时候,把它们记录了下来,后来才被确认是河外星系,这个发现挺有意思的,因为它意味着人类第一次意识到银河系外面还有别的东西

本星系群本身又属于什么?

聊到这儿,你可能已经隐约觉得事情没完——本星系群肯定也不是宇宙的尽头吧?猜对了。

本星系群往上一级,属于一个叫做室女座超星系团的巨大结构,它的直径大约1.1亿光年,包含了至少100个类似本星系群这样的星系群和星系团,银河系在这个超星系团里的位置,大概相当于中国地图上的一个村,而且还是偏远的那个。

这里面有个让人有点发怵的事情:室女座超星系团的核心区域,有一个叫室女座星系团的巨无霸,里面有超过两千个星系,质量大得惊人,它的引力正缓慢地把本星系群往那个方向拽,不过你不用担心,一来这个过程极其缓慢,二来就算拽过去,太阳也早就烧完了。

再往上还有更大的吗?当然有

2014年,天文学家们干了一件大事,他们通过研究银河系周围星系的运动规律,确认了一个更惊人的结构:拉尼亚凯亚超星系团,这个名字在夏威夷语里的意思是“无尽的天堂”,听着有点诗意,但它的尺度也确实配得上这个名字——直径约5.2亿光年,包含了大约10万个星系。

室女座超星系团只是拉尼亚凯亚的一个组成部分,换句话说,银河系在宇宙中的完整“地址”大致是这样的:

拉尼亚凯亚超星系团 → 室女座超星系团 → 本星系群 → 银河系 → 太阳系 → 地球

写到这儿我喝了口水,突然觉得人类挺了不起的,我们这么小的生物,居然靠着一代又一代人的观测和计算,把自己在宇宙里的地址搞清楚了,虽然这个地址长到写出来都不像一个正经地址,但它确实是真实的。

银河系是什么中的一员?——在一个不起眼的夏夜重新认识我们的宇宙地址

那拉尼亚凯亚外面还有啥?

这就说到一个容易被人忽略但很有意思的东西了,拉尼亚凯亚超星系团的边缘,紧挨着一个几乎“空”的区域——局域空洞,这个区域的星系密度极低,跟我们的超星系团形成了明显对比,天文学家正是靠着描出这个空洞的轮廓,才反过来勾勒出了拉尼亚凯亚的边界,这有点像你画一个人的侧脸,不是直接画他,而是把背景涂黑,轮廓自然就出来了。

再往外,和拉尼亚凯亚同级别的超大结构还有不少,比如夏普利超星系团,它是目前已知最大的引力汇聚中心之一,质量堪称恐怖,但这些结构和我们日常理解的那种“属于”关系已经不太一样了,到了超星系团这一级,宇宙的膨胀开始主导一切,这些巨结构并没有形成一个稳定的束缚系统,它们更像是星系海洋里的一个个泡沫,彼此之间正在被空间本身的膨胀越推越远。

为什么搞清楚这件事对我们自己也有用?

说实话,这篇文章我本来只想写个科普答案完事,但写着写着想到一个问题:知道银河系是这个什么的一员,跟我明天早上吃什么有关系吗?

后来我想通了,有关系,但不是那种“学了就能多赚钱”的关系,它是一种视角,你加班到晚上十点,出门抬头看到一颗亮星,如果脑子里能闪过一个念头——“这颗星星和我在同一个本星系群里,我们正一起以每秒几百公里的速度冲向室女座星系团”——你可能会忍不住笑一下,不是苦笑,而是觉得办公室那点事好像也没那么大了。

费曼说过一句话我特别喜欢,大意是:科学知识并不会让花朵失去美丽,反而会让它变得更美,因为你能看到它的细胞、它的演化、它和整个生态的关系,银河系也一样,知道它在拉尼亚凯亚的边缘,在局域空洞的旁边,在往室女座星系团慢慢靠近,这件事本身就有一种安静的壮丽。

有个叫《天文学报》的期刊在2020年刊过一篇综述,里面提到,我们对银河系在超星系团尺度上的位置认知,其实在过去二十年里刷新了好几轮,二三十年前,很多科普书还在说银河系属于本星系群、然后是室女座超星系团,拉尼亚凯亚这个概念是最近十来年才被确认下来的,所以搞不好再过十年,这篇文章里的一些说法又得更新,科学就是这样,永远在修正自己,我觉得这反而是件好事——它意味着我们还活着,还在看,还在想。

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