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那天晚上看星星,朋友问我,银河系是谁的卫星星系?

我当时筷子悬在半空中,愣了一下,这个问题问得挺有意思——我们老在说月球是地球的卫星,大麦哲伦云是银河系的卫星,那银河系自己呢?它也在围着谁转吗?

后来我一查资料,发现这事儿还真不是“谁更大就围着谁转”那么简单,天文学家为这个问题吵了几十年,吵得还挺逗,像一群人在争“你家到底在哪个小区”。

那天晚上看星星,朋友问我,银河系是谁的卫星星系?

先把话说明白:什么叫“卫星星系”

你得先想象一下宇宙里的引力是怎么玩的。引力这个东西不讲武德,谁质量大谁说了算,两个天体之间,如果质量差距足够悬殊,小的那个就会被大的那个用引力绑住,乖乖绕着转,这个小的,就叫“卫星”。

月球绕着地球转,月球是地球的卫星,地球绕着太阳转,但注意——地球不叫太阳的卫星,叫行星,天文学上有个不成文的规矩:卫星得绕着行星或者星系这类“宿主”转,而行星绕的是恒星。到了星系这个级别,规则差不多,小星系绕大星系转,小星系就是大星系的卫星星系。

我们银河系自己就带着一帮小弟,大麦哲伦云、小麦哲伦云,还有几十个更小的矮星系,都在银河系的引力范围内老老实实转圈,有些转着转着还会被银河系的潮汐力撕碎,变成星流,场面相当惨烈,人马座矮椭球星系现在就在经历这个过程,它已经被银河系拉成一条长长的恒星带,绕了银河系好几圈。

那银河系自己呢?天文学家顺着引力线索一路往上追,发现银河系也不是“独立户口”。

银河系其实住在“本星系群”这个小区

宇宙里的星系很少孤零零一个,它们像人一样,喜欢扎堆,银河系所在的这个“小区”,天文学家叫它本星系群,直径大概一千万光年,里面住了大概八十多个星系,大部分是小户型的矮星系,真正的大户就两家:银河系和仙女座星系

仙女座星系比银河系还大一圈,质量大概是银河系的1.5到2倍,直径差不多22万光年,恒星数量可能超过一万亿颗,我们银河系大概一千亿到四千亿颗恒星,已经够夸张了,但在仙女座面前还是略显低调。

这两个大家伙隔着250万光年,正在以每秒大约110公里的速度互相靠近,天文学家算了一下,大概40亿年后会撞上,不是那种“砰”一声的撞,而是引力交织、互相穿过、再拉回来,反复几次之后最终合并成一个巨大的椭圆星系。

所以严格来说,银河系目前没有单独绕着谁转,它不是任何星系的卫星。但银河系和仙女座星系互相绕着对方转,它们围绕一个共同的质心运动,这个质心落在两者之间的某个空间点上,更靠近仙女座那一侧,因为它更重。

这就像两个人手拉手在冰面上转圈,谁也别说谁是“卫星”,是一对儿。

那天晚上看星星,朋友问我,银河系是谁的卫星星系?

那本星系群又在绕着谁转?

这个问题往上追就更有意思了,本星系群不是宇宙的尽头,它上面还有更大的结构。

本星系群属于室女座超星系团,这个名字听起来很唬人,但其实室女座超星系团的核心是室女座星系团,距离我们大概5400万光年,里面塞了一两千个星系,本星系群就在这个超星系团的外围,像一个住在郊区的人,远远地望着市中心的高楼大厦。

室女座星系团的质量太大了,大到整个超星系团范围内的星系都在往它那个方向慢慢流动,银河系和仙女座星系也不例外。整个本星系群作为一个整体,确实在朝着室女座星系团的方向运动。

但你如果问“本星系群是室女座星系团的卫星吗”,答案又有点微妙的模糊,因为距离实在太远了,5400万光年,引力作用已经很弱了,本星系群并没有被室女座星系团牢牢绑住,更像是在宇宙膨胀的大背景下,被引力稍微拉偏了一点方向,天文学家还在争论本星系群到底是不是“入轨”了,还是说只是路过的邻居。

这就扯出一个更大的话题——

银河系真的在绕着谁转,答案可能让人意外

如果咱们把尺度再拉大,拉到宇宙的大尺度结构上,室女座超星系团也不是终点,2014年,天文学家布伦特·塔利和团队发现,室女座超星系团其实只是拉尼亚凯亚超星系团的一部分。

拉尼亚凯亚这个词来自夏威夷语,意思是“无尽的天堂”,这个结构大到让人头皮发麻:直径超过2亿光年,里面装着大概10万个星系,银河系在这个结构里,就像太平洋里的一粒沙子。

拉尼亚凯亚超星系团内部有一个引力中心,叫巨引源,巨引源位于长蛇座和半人马座方向,距离我们大约1.5亿到2亿光年,它的质量大概是太阳的几千万亿倍,具体数字天文学家也没完全算清楚,因为那个方向正好被银河系自己的银盘挡住了,望远镜很难看穿。

银河系、仙女座星系、整个本星系群,还有室女座星系团,都在朝着巨引源的方向运动。我们的速度大概是每秒600多公里,你读这篇文章的每一秒钟,你都在宇宙空间里飞出去六百多公里,朝着一个看不见的巨大引力深渊狂奔。

那银河系是巨引源的卫星星系吗?也不是,因为距离太远,巨引源的引力不足以把银河系绑在自己的轨道上,宇宙膨胀的力量还在把一切往外推,巨引源只是在局部范围内让膨胀慢了一点点,让周围的星系朝它汇聚,天文学家管这种结构叫“引力盆地”,不是严格的轨道束缚。

所以你看,问题“银河系是谁的卫星星系”问得特别有趣,它没有一个干净利落的答案,你得看怎么定义“卫星”,还得看把尺度拉到多大。

在最严格的物理意义上,银河系目前没有主星系,它不是任何人的卫星。但它在和仙女座星系跳一支缓慢的双人舞,同时还被更大的引力结构——巨引源——牵引着,在宇宙的洪流里漂移。

说到这里,我突然想起来那天晚上我放下筷子之后,盯着窗外楞了好一会儿,头顶那片天,看着安安静静,实际上每颗星星、每个星系都在以不可思议的速度飞奔,我们自己也在飞,只是完全感觉不到。

结构层级 包含什么 尺度 银河系的运动状态
银河系卫星系统 大麦哲伦云等矮星系 几十万光年 这些星系绕银河系转
本星系群 银河系+仙女座+约80个星系 约1000万光年 银河系与仙女座互绕
室女座超星系团 本星系群+室女座星系团等 约1.1亿光年 本星系群朝室女座星系团方向缓慢流动
拉尼亚凯亚超星系团 室女座超星系团等约10万星系 约5.2亿光年 所有成员朝巨引源方向运动

说实话,研究完这些之后我有个奇怪的感受。宇宙里的“卫星”这个概念,本身就是人类为了方便理解而发明的标签。自然界的引力关系远比“谁绕着谁转”复杂得多,在大尺度上,没有绝对的绕转中心,只有连绵不断的引力之网,把一切编织在一起,你在里面,我在里面,仙女座在里面,巨引源也在里面。

下次如果你也遇到有人问你“银河系是谁的卫星”,你可以先反问一句:“你指的是多大范围?”然后慢慢喝口茶,从头开始讲,从大麦哲伦云被撕碎的星流,讲到仙女座正在迎面驶来的那250万光年的漫长旅途,再讲到拉尼亚凯亚深处那个我们至今没完全看清的巨引源,你会发现,这个问题本身,比它的答案要有意思得多。

那天晚上看星星,朋友问我,银河系是谁的卫星星系?

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