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那天晚上,我儿子问我,爸,周围是就一个银河系吗?

三岁的小朋友,话还说不利索,把“周围就只有一个银河系吗”说成了“周围是就一个银河系吗”,我愣了一下,不是因为他说错了,而是因为这个问题本身——它太直接了,直接到我突然不知道怎么回答。

我蹲下来指着天上说:“你看,那些亮亮的小点点,有些是星星,有些其实是好远好远的别的银河系。”他眨巴眨巴眼睛,显然没听懂,但我自己却开始走神了,说实话,这个问题我小时候也想过,只不过我们那会儿管银河系叫“天河”,觉得它就是天上的一条河,压根不会去想这条河之外还有没有别的东西。

所以今天我想把那天晚上蹲在阳台上没说完的话,好好说一遍,不是讲给我儿子听的,是讲给所有曾经抬头看过天、心里冒出过同样念头的人听的。

你看到的每一颗星星,几乎都在银河系里

先说一个可能会让你有点失落的事实:你肉眼能看到的所有星星——没错,所有——除了极个别例外,全都是银河系里的恒星。

北斗七星、牛郎织女、猎户座的腰带,全是,就连你在夏夜看到的那条横跨天际的淡淡光带,本身就是银河系的盘面,你正站在银河系里面往外看,就像一只蚂蚁趴在披萨上,看到的周围一圈全是披萨的边边。

肉眼能看到什么 属于银河系吗
太阳
月亮 是(在银河系内绕地球转)
北斗七星
银河光带 就是银河系本身
仙女座星系(极暗条件下可见) 不是——它是另一个星系

那个表里最后一行,仙女座星系,是你肉眼能看到的极少数“银河系外”的东西之一,它离我们有250万光年,光子走了250万年才撞到你视网膜上,你在某个没有路灯的郊外抬头看到的那个模糊小光斑,是另一个包含上万亿颗恒星的巨大星系,这个事实本身就够让人起鸡皮疙瘩了。

(第一张配图建议:一张标注了银河系、仙女座星系与肉眼可见恒星关系的示意图,突出显示“肉眼可见的几乎所有星星都在银河系这个小圈子里”)

哈勃看了一眼“黑”的地方,事儿就变了

1995年,有个叫罗伯特·威廉姆斯的家伙干了件在当时看起来很疯狂的事,他是哈勃太空望远镜当时的所长,他拍板把望远镜对准了大熊座附近一小块看起来什么都没有的天区,那个区域在地面上看就是一片黑,啥也瞅不见。

很多人觉得他在浪费宝贵的观测时间,毕竟哈勃望远镜的使用时间是要排队的,全世界的天文学家挤破头都想用,你倒好,对着一个空无一物的地方拍了整整十天。

结果呢?那张照片——后来叫“哈勃深场”——在那片指甲盖大小的漆黑区域里,出现了将近三千个星系,不是三千颗星星,是三千个星系,每个星系里都有几百亿到上万亿颗恒星。

后来哈勃又拍了“哈勃极端深场”,在那个更小的天区里找到了大约五千五百个星系,最远的那些,光从它们那里出发的时候,地球都还没形成。

这两次观测把一个概念彻底砸进了公众的脑子里:银河系只是宇宙汪洋里的一座岛,而这样的岛,光是我们能观测到的范围内,就有至少两千亿个,对,两千亿,这个数字是你读到这里可能停下来数了数零的那种大,天文学家管它叫“可观测宇宙内的星系总数”,是基于深场观测和宇宙学原理推算出来的,文献里常引的是Conselice等人2016年发在《天体物理学报》上的那篇工作。

所以回到最初那个问题:周围是就一个银河系吗?不是。周围密密麻麻全是,只是它们太远太暗,你的眼睛不够大、不够敏感,看不见而已。

星系也扎堆,银河系住在“本星系群”

星系跟人有点像,不爱孤零零待着,引力这东西在宇宙尺度上特别有耐心,它会把星系拉成团。

银河系所在的小团体叫本星系群,直径大概一千万光年,里面有五十多个星系,老大是仙女座星系,银河系排老二,老三叫三角座星系,剩下的都是一堆矮星系,像大小麦哲伦云,在南半球肉眼就能看见,它们是绕着银河系转的小跟班。

本星系群再往外,是更大的结构——室女座超星系团,包含上百个像本星系群这样的星系群和星系团,这个超星系团的直径超过一亿光年,中心在室女座方向,那里聚集着上千个星系。

还没完,室女座超星系团又是拉尼亚凯亚超星系团的一部分,拉尼亚凯亚在夏威夷语里意思是“无尽的天堂”,它包含了大约十万个星系,跨度超过五亿光年,它的引力中心叫“巨引源”,在长蛇—半人马座方向,我们所有人——你、我、地球、太阳、整个银河系——都在以每秒六百多公里的速度朝那个方向移动。

你此刻正以每秒六百公里的速度在宇宙里飞驰,而你能安稳地坐在这儿读这篇文章,这事儿本身就挺奇妙的。

(第二张配图建议:一张展示“本星系群—室女座超星系团—拉尼亚凯亚超星系团”层级关系的示意图,标注银河系、仙女座星系、巨引源的位置,帮助读者建立空间上的递进感)

那更深的地方呢?一张“宇宙切片”画出了什么

天文学家做事有时候特别直接,他们想知道宇宙在大尺度上长什么样,就真的去画地图,斯隆数字化巡天项目干了二十多年,在新墨西哥州架了一台2.5米的望远镜,一颗一颗星系地去测距离,然后把它们的位置标在一张三维图上。

画出来之后大家发现一个很有意思的图案:星系在宇宙里不是均匀撒开的,而是像海绵一样,有的地方密密麻麻挤成丝状和团块,有的地方则几乎空空荡荡,这种空腔被叫做“空洞”,星系沿着纤维状的结构排列,空洞里面可能方圆几亿光年都找不到几个星系。

这种结构有个名字叫宇宙网,暗物质搭好了骨架,普通物质顺着骨架聚集成星系,星系再连成丝,丝交织成网,可观测宇宙的半径大约是460亿光年,在这整个球体里,宇宙网是最大尺度的结构。

再往外呢?可观测宇宙之外是什么?老实说,不知道,那里的光还没传到这里,也可能永远传不过来,因为宇宙在膨胀,远方的空间退行的速度已经超过了光速,这不是说那里什么都没有,只是说那个区域跟我们在物理上切断了联系,宇宙的实际大小很可能远远大于可观测宇宙,甚至可能是无限的,如果是无限的,那星系的数量也就是无限的——这个结论有点让人头皮发麻,但目前的观测数据确实不排斥这个可能性。

我们为什么关心这个

说一个我自己的感受,有时候加班到很晚,开车回家,等红灯的时候从挡风玻璃看出去,天上就那么稀稀拉拉几颗星,我知道那些光点是银河系里的邻居,我知道银河系外面还有两千亿个同类,我知道它们正跟着宇宙膨胀加速远离,然后绿灯亮了,我踩油门回家,脑子里还残留着一种奇怪的错位感。

知道这些东西,并不会让你的工资变高,也不会让堵车变少,但它会悄悄改变你看待日常烦恼的尺度,白天那些让你焦头烂额的事情,放在“两千亿个星系”这个背景板前面,突然就显得矮了一截,不是说不重要,只是说,你的世界可以比你想象的稍微大那么一点点。

我儿子到现在还是说不清楚“银河系”这三个字,但他已经知道天上那些小亮点里藏着好多好多别的“河”,有天他画画,在纸的上方涂了一大片蓝色,下面画了我们的房子,他指着那片蓝色说:“这是很多很多银大河。”我觉得他说得比我准确。

那天晚上,我儿子问我,爸,周围是就一个银河系吗?

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