回顾 | 首都科学讲堂:宇宙的边疆

宇宙的形状向来是科学家们研究的热点。

目前的宇宙理论普遍认为宇宙是类似马鞍状的负弯曲形状。该结论源于宇宙大爆炸理论:整个宇宙的外形如同一个吹起的气球,我们则生活在宇宙的“表面”。

在斯蒂芬·霍金看来,宇宙的形状可能是一种难以置信的几何图形,更接近于超现实主义的艺术。霍金的想法以弦理论为依据,然而该理论目前仍然还处于假设之中,并未被验证。

宇宙之广

在人类历史很长的一段时间里,科学家们都将银河系看作宇宙的全部。

我们所处的银河系呈扁球体,具有巨大的盘面结构。这一结构由明亮密集的核心、两条主要的旋臂和两条未形成的旋臂组成,旋臂相距约4500光年。太阳位于其中一个支臂——猎户臂上,至银河中心的距离大约是2.6万光年。

2015年3月,科学家发现银河系体积比之前认为的要大50%。

直到1924年,爱德文·哈勃用威尔逊山天文台的254厘米反射望远镜拍摄了仙女座大星云和M33的照片。

哈勃把它们的边缘部分分解为恒星,并在分析一批造父变星的亮度以后断定,这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年,远超过当时银河系的直径尺度,因而一定位于银河系外。

据此,人类才发现了银河系外巨大的天体系统——河外星系。

宇宙之界

现今主流的宇宙测量方法有两种:宇宙微波背景辐射和宇宙距离尺度。

宇宙微波背景辐射从“大爆炸”留下的余辐射入手,对宇宙大小进行测量。由“大爆炸”留下的余辐射是目前人类唯一可用的数据,而这个数据也可能是宇宙留给我们最为强大的信息。

通过观测这些余辐射,我们知道宇宙正在以67km/s/Mpc的哈勃常数扩张——Mpc意为百万秒差距,约为326万光年。而每距离一个Mpc的星系都在以67km/s的速度远离另一个星系。

此外,据宇宙微波背景辐射数据显示,浩瀚的宇宙中有68%由暗能量组成,另外的32%则由暗物质和正常物质构成。宇宙从形成至今大约经历了138.1亿年。

与宇宙微波背景辐射相比,宇宙距离尺度是一种更古老、更直观、预设要求更少的方法。但其结论却与宇宙微波背景辐射法的结论相去甚远。

因此,为了寻求“真理”,欧洲太空署执行了代号为“盖亚”(GAIA)的太空观测任务。“盖亚”的数据能为人类分类星团和星系属性提供帮助,也为建立更精确的宇宙测量创造了条件。

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