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我站在阳台抬头看天,突然想到一个问题,银河系的上级单位是谁?

事情是这样的,昨晚我在阳台上晾衣服,抬头看了一眼夜空,就那么随便瞅了一眼,脑子里突然蹦出个问题——我们总说银河系很大很大,大到没边,那银河系自己待在一个什么地方?它上面还有更大的结构吗?

我当时放下湿衣服,掏出手机开始查,结果发现这个问题真的挺有意思,天文学家们折腾了几十年才慢慢搞清楚,我觉得值得跟你聊聊。

先把银河系的家庭住址说清楚

咱们得先弄明白银河系本身是个什么情况,不然后面的东西不好讲。

银河系是一个棒旋星系,说人话就是中间有一根棒状结构、周围甩出几条旋臂的星系,它有大概1000亿到4000亿颗恒星,太阳只是其中一颗特别普通的成员,偏安在一条叫猎户臂的小旋臂上,离银河系中心大概2.6万光年。

你感受一下这个距离,光从太阳跑到银河系中心,得跑2.6万年,而我们上次去月球,光只需要1秒多一点,就这个尺度。

银河系自己的直径大概10万到18万光年,厚度在中心区域大概1万光年左右,如果把它想象成一个盘子,那就是一个特别扁的大盘子,中间稍微鼓起来。

好,这是银河系本身,那它住在哪儿?

本星系群——银河系的直属上级

答案是:比银河系高一级的结构叫本星系群,英文名叫Local Group,听起来像个业主群的名字,确实你也可以这么理解,它就是我们银河系所在的星系小社区。

本星系群的直径大概1000万光年,包含了大概80多个星系,我说"80多个"是因为边界上老有新发现,数字会变,但主体成员就那些。

我站在阳台抬头看天,突然想到一个问题,银河系的上级单位是谁?

我们来列一下本星系群的几个主要成员,这样你能有个直观感受:

  • 仙女座星系——本星系群的老大,比银河系还大一圈,直径大概22万光年,离我们约250万光年,它正以每秒大概110公里的速度朝我们冲过来,大约40亿年后会跟银河系撞上。
  • 银河系——排行老二,直径10到18万光年。
  • 三角座星系——老三,直径大概6万光年,是个挺漂亮的旋涡星系。
  • 大麦哲伦云和小麦哲伦云——这俩是银河系的小跟班,是我们的卫星星系,在南半球才能用肉眼看到,大小分别是1.4万光年和7千光年左右。
  • 剩下的几十个都是矮星系,个头小很多,质量也低。

我给你个表格,看得更清楚一点:

星系名称类型直径(约)距银河系距离(约)在本星系群的地位
仙女座星系旋涡星系22万光年250万光年最大成员
银河系棒旋星系10-18万光年0第二大成员
三角座星系旋涡星系6万光年约300万光年第三大成员
大麦哲伦云不规则矮星系4万光年约16万光年银河系卫星星系
小麦哲伦云不规则矮星系7千光年约20万光年银河系卫星星系

所以你看,银河系在本星系群里就是个二把手,上面还有个仙女座压着,更逗的是,40亿年后这俩还会合并,到时候本星系群的老大和老二拧成一个大椭圆星系,天文学家连名字都提前想好了,叫“银河仙女星系”,听着还挺浪漫。

(插入图片位置:本星系群示意图,标注银河系、仙女座星系、三角座星系的位置关系)

再往上走——室女座超星系团

那本星系群到底在哪儿?它也不是孤零零飘在太空里的,它属于一个更大的结构,叫室女座超星系团,也可以叫本超星系团,这是比本星系群再高一级的存在。

室女座超星系团直径大概1.1亿光年,里面包含了至少100个像我们本星系群这样的小群和星系团,它的中心就在室女座方向,那里有个巨大的星系团叫室女座星系团,里面密密麻麻塞了上千个星系,质量大得吓人,整个超星系团都在慢慢往它那儿掉。

我站在阳台抬头看天,突然想到一个问题,银河系的上级单位是谁?

你想想这个规模,银河系在本星系群里算是大户,但扔进室女座超星系团,就跟太平洋里的一粒沙一样,我们本星系群在室里座超星系团里,位置还偏外围,大概离中心6000多万光年,算是住在郊区。

说到这儿有个挺好玩的事儿,天文学家从上世纪70年代开始就注意到,银河系和本星系群整体在往某个方向跑,速度还不慢,大概每秒600公里,他们管这个现象叫“巨引源”,听名字就很夸张,巨引源——巨大的引力源头,具体是什么?是个质量极其庞大的星系团集合体,位于半人马座方向,大概离我们2亿光年,那里聚集了好几万个星系的质量,整个室女座超星系团里的大片区域都在被它拉过去,巨引源算是比室女座超星系团更高层级的引力中心,不过真要严格划分行政级别的话,它属于拉尼亚凯亚超星系团的核心区,这个一会儿说。

拉尼亚凯亚——我们真正的上层结构

2014年,天文学家发表了一篇重要论文(Tully et al., “The Laniakea supercluster of galaxies”, Nature, 2014),正式定义了拉尼亚凯亚超星系团。“拉尼亚凯亚”是夏威夷语,意思是“无比广阔的天堂”,名字起得相当到位。

拉尼亚凯亚超星系团直径大概5.2亿光年,包含了大约10万个星系,总质量是太阳的10的17次方倍,室女座超星系团只是拉尼亚凯亚里面的一个组成部分,我们银河系就在这个庞大的结构里飘着。

更具体一点说,拉尼亚凯亚由四个大的子结构组成:

  • 室女座超星系团(咱们住的这一片)
  • 长蛇-半人马超星系团(巨引源就在这一块)
  • 孔雀-印第安超星系团
  • 南天超星系团

这四个部分是拉尼亚凯亚的主要骨架,中间被巨大的空洞分隔开,整个结构看起来有点像一团丝状的纤维,星系沿着纤维分布,纤维之间的空洞里几乎没有星系,宇宙的大尺度结构就是这样,丝状和团状分布,中间夹着空洞,特别像海绵内部的结构。

我站在阳台抬头看天,突然想到一个问题,银河系的上级单位是谁?

(插入图片位置:拉尼亚凯亚超星系团的可视化图像,用彩色丝线标注星系流动路径,标注银河系、巨引源的位置)

再往上?双鱼-鲸鱼座超星系团复合体

如果你觉得拉尼亚凯亚已经够大了,那天文学家还发现了更大的结构,拉尼亚凯亚超星系团加上周围的几个超星系团,共同组成了双鱼-鲸鱼座超星系团复合体,这个复合体长度大概10亿光年,宽大概1.5亿光年,是目前已知的宇宙中最大的结构之一。

到了这个级别,基本上就是宇宙大尺度纤维状结构的主要支柱了,再往上的话,就是整个可观测宇宙的尺度,直径大概930亿光年,到了那个层面,结构本身的分布开始变得均匀,就没有更高级的“行政单位”了。

这也是宇宙学里一个有意思的原则——宇宙学原理,它说在大约3亿光年以上的尺度看,宇宙是均匀各向同性的,也就是说在足够大的范围内,各个方向看起来都差不多,没有哪个区域特别密或者特别稀疏,所以拉尼亚凯亚这个级别,基本就是星系层级结构的最后一个有明显边界的层次了。

在什么样的尺度上,银河系才显得渺小?

我查这些东西的时候,脑子里一直在想一个问题——我们平时说银河系很大,已经大到难以想象,太阳系在银河系里连个像素点都算不上,可银河系在本星系群里,就是一个小社区的普通成员;本星系群在室女座超星系团里,是个郊区的小组团;室女座超星系团在拉尼亚凯亚里,也不过是个分片区域。

每一层往上,结构就变大一到两个数量级,银河系的地位也越来越边缘。

但换个角度想,也挺奇妙的,我们银河系虽然在这个巨大网络里毫不起眼,可就是这么一个偏远的棒旋星系里,太阳系里的一颗岩石行星上,有一群碳基生物在琢磨这些东西,想到这儿,我阳台上那盆快枯死的绿萝好像也没那么愁人了。

我没再往下想,晾干的衣服早就凉透,夜风也大起来了,月亮旁边,仙女座星系的方向隐隐约约能看到一个模糊的小光斑——那就是它,直径22万光年、正以每秒110公里冲过来的庞然大物,40亿年后这里会是一场恢弘的星空重组。

但在那之前,今晚的夜空还是挺安静的。

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