我家住银河系,银河系住哪儿?聊聊那个更大的超级小区
昨晚在阳台晾衣服,抬头看了一眼星空,城市光污染严重,其实也看不到几颗星,但那道模模糊糊的乳白色光带还是隐约可见,我忽然想起白天刷手机看到的一个问题:银河系也在一个更大的星系里面吗?
这问题让我愣了几秒,就像你一直以为自己住在一栋独立的房子里,有一天突然有人告诉你,其实你们这栋楼只是一座巨型城市里的一个小单元,那种感觉,有点微妙。
所以今天我想把这个事儿聊明白,咱们不搞那种让人犯困的学术报告,就用费曼的办法——把复杂的东西嚼碎了,用平常话讲出来。
先搞清楚咱们“家”在哪儿
银河系,这个大家应该不陌生了,它是一个棒旋星系,直径大概10万到18万光年,里面有1000亿到4000亿颗恒星,太阳只是其中普普通通的一颗,待在一条叫“猎户臂”的次级旋臂上,距离银河系中心大约2.6万光年。
你看,光是把银河系说清楚,数字就已经大到让人没概念了,但这只是故事的开头。
银河系不是孤零零飘在宇宙里的,它周围有一群“小弟”——大小麦哲伦云、仙女座星系、三角座星系,还有几十个更小的矮星系,这些家伙加在一起,组成了一个小团体,天文学家管它叫本星系群。
本星系群的尺度大约是1000万光年,在这个范围里,仙女座星系是老大,银河系排第二,它俩正在以每秒110公里的速度互相靠近,大概再过40亿年会撞在一起,不过别担心,恒星之间的距离太远了,撞上的概率比你连续中十次彩票还低。
本星系群之上,还有一层
好,现在我们已经知道了,银河系属于本星系群,那本星系群又属于谁呢?
答案是:室女座超星系团。
这个名字里有个“超”字,你就知道它比普通的星系团大得多,室女座超星系团的直径大约是1亿光年,你感受一下这个差距——从10万光年到1000万光年,再到1.1亿光年,每次升级都是数量级的跳跃。
在这个超星系团里,包含至少100个星系团和星系群,本星系群待在一个不太起眼的角落,而整个超星系团的中心在室女座方向,那里有一个巨大的星系团,引力强大到把周围的很多东西都往那儿拉。
我打个比方你就明白了:
| 层级 | 名称 | 尺度(约) | 包含什么 |
| 第1层 | 太阳系 | 001光年(奥尔特云边界) | 太阳、行星、小行星带 |
| 第2层 | 银河系 | 10万-18万光年 | 1000亿-4000亿颗恒星 |
| 第3层 | 本星系群 | 1000万光年 | 银河系、仙女座星系等50多个星系 |
| 第4层 | 室女座超星系团 | 1亿光年 | 至少100个星系团和星系群 |
| 第5层 | 拉尼亚凯亚超星系团 | 2亿光年 | 约10万个星系 |
所以回到标题那个问题——银河系也在一个“超大星系”里吗?不是在一个“星系”里,而是在一个“超星系团”里,这两者差别还挺大的,星系是一个引力紧密绑定的恒星系统,而超星系团是更大尺度的结构,里面的成员星系之间引力关系松散得多。
等等,室女座超星系团也不是最大的
故事还没完,2014年,天文学家发现了一个更惊人的事实:我们所在的室女座超星系团,其实只是另一个更庞大结构的一部分。
这个结构被命名为拉尼亚凯亚超星系团,这个名字来自夏威夷语,意思是“无尽的天堂”,它太大了,直径达到2亿光年,包含了大约10万个星系,总质量大约是太阳的10的17次方倍。
你能想象那个画面吗?我们穷尽想象力去描绘银河系的浩瀚,但银河系在拉尼亚凯亚里,连一粒尘埃都算不上,而拉尼亚凯亚的中心,有一个被称为“巨引源”的地方,引力强到让周围数万个星系都在朝它缓慢移动。
我们银河系也在其中,正以每秒600多公里的速度被拉向那个方向。
写到这里,我不自觉地放下了手里的杯子,倒不是害怕,只是觉得这件事本身太奇妙了——你坐在这里,看起来纹丝不动,实际上正在以每秒几百公里的速度在宇宙中狂奔,地球带着你绕太阳转,太阳带着你绕银河中心转,银河系又带着你在超星系团里漂移。
我们怎么发现这些的?
说实话,我也好奇这个问题,宇宙这么大,这些结构又不是肉眼能看见的,天文学家怎么知道它们长什么样?
这里得提一个关键的工具和方法:
- 红移测量:宇宙在膨胀,远处的星系都在远离我们,离得越远,跑得越快,光的波长被拉得越长,向红色端移动,通过测量红移,能算出星系的距离。
- 星系巡天计划:像斯隆数字巡天、2度视场星系红移巡天这些项目,花了数年甚至数十年时间,给数亿个星系一一测了位置和距离。
- 画出三维地图:把每个星系的位置放进三维坐标里,慢慢就看出结构了——有的地方星系扎堆,有的地方几乎空无一物。
2014年那篇定义拉尼亚凯亚的论文,就是布伦特·塔利团队基于星系速度和位置数据,用一种算法把引力边界给画了出来,这事儿说起来简单,背后是几十年数据积累的结果。
知道这些有什么用?
有人可能会问,知道银河系住在哪个“小区”有什么意义呢?它又不能帮我们涨工资。
我理解这种想法,但我觉得,这类知识提供的是另一种东西——坐标系。
就像你走在一个陌生的城市里,如果能看懂地图,知道自己在哪里,要去哪里,那种踏实感和自由感是不一样的,宇宙学给我们的,就是人类在宇宙中的那个“你在这里”的小红点。
知道银河系置身于拉尼亚凯亚超星系团之中,知道我们正在被巨引源牵引,知道宇宙的结构像海绵一样由纤维和空洞组成——这些不会让你的生活变好,但会在某个瞬间让你觉得,自己经历的那些烦心事儿,好像也没那么大了。
我有时候会想,假如拉尼亚凯亚里某个遥远星系的恒星周围,也有一颗行星,上面也有人在仰望夜空,他们可能也在猜,自己是不是某个更大结构的一部分,然后他们发现,是的,而他们永远也不会知道,在5亿光年外,有另一个人同样在想这件事。
这种连接,哪怕只是想象出来的,也挺动人。