把整个银河系装进超市,到底需要一个多大的停车场?
和朋友聊起宇宙有多大这个话题,每次到最后大家都会陷入一种「大脑过载」的状态,光年、亿、万亿,这些数字在饭桌上滚来滚去,最终变成一句无奈的感叹:「反正就是很大。」但最近我在查一个资料的时候,被一个细节结结实实地绊住了——原来我们眼里大得没边的银河系,扔到某些宇宙结构里,连一粒芝麻都算不上,这种结构,天文学家叫它「超星系团」。
| 对比项 | 银河系 | 本超星系团(拉尼亚凯亚) |
| 直径跨度 | 约 10 万光年 | 约 5.2 亿光年 |
| 包含星系数量 | 1 个(我们) | 约 10 万个 |
| 质量 | 约 1.5 万亿倍太阳质量 | 约 10^17 倍太阳质量 |
来,咱们先打个岔,上面这个表格里的数字,光是看零就能看花眼,但是别急,这篇文章不是来堆砌数字吓唬人的,我们换个路子,把这些天文数字拉回到你我最熟悉的生活场景里,看看会发生什么。
先别管超星系团,银河系本身就已经大到离谱了
在聊超星系团之前,我们得先把手里的「尺子」校准一下,银河系有多大?直径大约10万光年,这个数字本身毫无生活感可言,10万光年意味着什么呢?就算你开着一辆违反物理定律的车,以高速公路上120公里每小时的速度一直开,从银河系这头开到那头,大概需要……9000亿年,宇宙诞生至今也才138亿年,你开到一小半的时候,太阳说不定都退休了,所以直接比数字没什么意义,我们需要一个更巧的参照物。
想象一下,把太阳缩小成一个普通橘子的大小,直径大概8厘米,注意,是常见的柑橘,不是柚子,在这个橘子太阳的模型中,地球在哪里呢?它变成了一粒细沙,直径不到1毫米,飘在大约10米外的地方,而海王星呢,大概是300米开外的另一颗小沙粒。
好了,重点来了——在这个橘子太阳的模型里,离我们最近的恒星比邻星在哪儿?它将是另外一个橘子,但距离我们大约有2700公里远,什么概念?差不多是从你能买到的那个橘子所在地,直线跨越到中国版图的另一头,而整个银河系,就是由上千亿个这样的「橘子」,共同组成的一个扁平大盘状结构,这个盘的直径有多大呢?还是保持这个橘子比例,我们的银河系模型直径将横跨超过6000万公里,这是地球到火星最近时距离的上百倍,一个装满了橘子的、直径6000万公里的盘子——行,银河系我们先感受到这里。
我们住在一个叫「拉尼亚凯亚」的超级都市里
好,把刚才那个直径6000万公里的橘子银河系模型,小心翼翼地在脑子里放好,现在我们来认识超星系团,银河系所在的超星系团,天文学家给它起了个非常夏威夷的名字,叫拉尼亚凯亚(Laniakea),意思是「无尽的天堂」,它是在2014年才被一个由布伦特·塔利(R. Brent Tully)领导的科学家团队正式定义和绘出地图的,你看,就在不到十年前,我们才勉强画出了自己宇宙住址的「区号」。
拉尼亚凯亚超星系团有多大呢?直径约2亿光年,里面挤了大概10万个星系,银河系只是这10万分之一,我们还是回到刚才那个橘子模型,既然银河系都成了一个直径6000万公里的大果盘了,那拉尼亚凯亚超星系团在这个模型里得是多大一个家伙?
它不再是一个盘子,而是一片由无数果盘、果篮、散装水果组成的超级网络,如果银河系是咱们手里那个6000万公里的果盘,那么拉尼亚凯亚超星系团的直径,将是一个天文数字——大约是1万亿公里,这个数字又在攻击我的大脑了,换个说法,这个距离是三分之一个光年,你看,我们为了描述一个把银河系模型装进去的空间,已经开始用「光年」这个本来该描述真实宇宙的单位了,这就像你为了形容自家客厅有多大,最后不得已说「差不多够停放一艘航母」,超星系团和银河系的差距,就是这样一种让人产生晕眩感的降维对比。
别把超星系团想成一个球,它更像一团纠缠的毛线
聊到这里,你可能会下意识地把拉尼亚凯亚想象成一个巨大的球,里面均匀地撒着星系,完全不是这样,超星系团的形态,更像一团被微微揪散了的棉花糖,或者说一大把纠缠交错的蛛丝,天文学家管这叫纤维状结构。
拉尼亚凯亚内部,星系们并非均匀分布,而是聚成一个个小集团、小群落,沿着长长的「星系丝」排列,丝与丝之间则是巨大的、几乎真空的「空洞」(void),我们银河系所在的本星系群,就是一根纤维上的一个小线头,这条纤维还包括了仙女座星系等几十个伙伴,再往上,本星系群又是室女座星系团外围的小喽啰,室女座星系团大概有2500个星系,是拉尼亚凯亚的核心区之一,而那个拉尼亚凯亚真正的「心脏」地带,是一个叫巨引源(Great Attractor)的神秘区域,它用强大的引力拖拽着周围包括我们在内的无数星系,但因为我们自己所在的银河系盘面正好挡住了视线,天文学家得靠X射线和射电望远镜才能艰难地窥探它。
这种结构上的嵌套,是理解「大多少」的关键,超星系团比银河系大多少?是直径上数千倍的差距,体积上几十亿倍的差距。 一个银河系只是构成超星系团这张大网的一个微小节点,2000多年前,卢克莱修在《物性论》里就想象过世界之外还有无穷无尽的世界,但他大概也想不到,这些世界竟然还会手拉手,织成一面横跨5亿光年的、在不停微微流动和呼吸的墙。
一张图看清银河系的「宇宙门牌号」
光是抽象地说,不如把层级拉出来感受一下:
- 行星级:地球,我们脚下这颗岩石球。
- 恒星级:太阳,能装下130万个地球。
- 星系级:银河系,包含1000亿到4000亿颗太阳这样的恒星。
- 星系群级:本星系群,直径约1000万光年,包含几十个星系。
- 星系团级:室女座星系团,直径约1500万光年,包含数千星系。
- 超星系团级:拉尼亚凯亚,直径5.2亿光年,包含至少10万个星系。
在这个地址层级里,从银河系到拉尼亚凯亚,中间简直隔了一部宇宙版的《权力的游戏》,家族、封地、联盟一层层往上,直到你发现维斯特洛大陆不过是地图上的一个小角落。
这种大,是如何被人类「看见」的?
我其实最着迷的地方在于,这种超出直观想象的尺度,我们到底是怎么确信它存在的?不是靠玄想,靠的是一种非常硬核的「宇宙人口普查」方法,为了画出拉尼亚凯亚的地图,塔利的团队做了件很笨很扎实的事:他们测量了超过8000个星系的红移和位置,然后计算每个星系的「本动速度」,简单粗暴地说,宇宙在膨胀,星系们本该老老实实地随着膨胀而互相远离,但引力会打乱这种队形,导致星系除了一边跟着膨胀跑,一边还会朝质量密集的地方微微「偏航」。
通过把这些偏航的流动路线画出来,就像在地图上画出所有河流的流向一样,科学家发现,在方圆5亿光年的范围内,所有的「水流」都指向同一片核心区域,分水岭非常清晰,水流之内,就是被巨引源引力统治的拉尼亚凯亚;水流之外,邻居超星系团(比如庞大的双鱼-鲸鱼座超星系团复合体)开始接管引力,边界就这么划出来了,这时候你再看银河系,简直像一个听话的漂流瓶,正以每秒约600公里的速度,被裹挟在人潮里,安静地朝着巨引源的方向漂去。
回头翻看文献,2014年那篇定义拉尼亚凯亚的著名论文《The Laniakea supercluster of galaxies》发表在《自然》杂志上,第一作者塔利带着一群科学家,就那么把宇宙中我们这片区域的洋流图给画了出来,读这种研究时你会有一种奇怪的感觉:一边为人类的渺小感到窒息的谦卑,一边又为我们这种尘埃般的物种竟能测绘出封锁我们自身的监狱高墙而感到隐隐的骄傲,监狱大得没有边,但我们至少把手里的尺子校准了。
所以下一次,当你走在夜里,被路灯和楼宇遮住了天空时,可以稍微站一会儿,你脚下这颗星球,正带着你绕一颗普通的太阳转,这颗太阳又载着你在一根巨大的宇宙纤维里漂流,这根纤维又只是一团更大的五亿光年巨网中的一缕丝线,宇宙的层次感一旦在心里扎了根,再看身边堵车、排队这些事,忽然就有点想笑了。