从地球出发，到宇宙边缘

最近观看了2008年的一个科普纪录片《旅行到宇宙边缘》，阅读了霍金亲传弟子法国的克里斯托弗·加尔法德所著的《极简宇宙史》。感觉到自身甚至是地球的渺小，仿佛灵魂被击中。特整理了一篇文来推广点天文知识。资料、图片均来自互联网。下面是目录及正文。

1.太阳系

太阳系（Solar System）是以太阳为中心，和所有受到太阳的引力约束天体的集合体。包括八大行星（由离太阳从近到远的顺序：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星，包括四个柯伊伯带天体，和数以亿计的太阳系小天体,和彗星。

太阳系的领域包括太阳，四颗像地球的内行星，由许多小行星组成的小行星带，四颗由气体组成的巨大外行星和充满冰冻小岩石被称为柯伊伯带的小天体区。太阳系有八大行星，分别是水星，金星，地球，火星，木星，土星，天王星，海王星。

太阳直径是1391960千米（约0.014亿千米），但太阳系的直径是不好确定，因为太阳系的边界尚未确定。
如果按引力影响算，太阳系的半径可达2光年（约946080亿千米），直径则是4光年，190亿千米。
如果以冥王星的轨道为边界，那半径是59亿千米，直径是118千米（约0.00025光年）

2.银河系

银河系，直径十万光年，有大约两千亿颗恒星，是一个典型的棒旋星系。
银河系（英语：The Milky Way），是太阳系所在的棒旋星系，包括1000~4000亿颗恒星和大量的星团、星云以及各种类型的星际气体和星际尘埃，从地球看银河系呈环绕天空的银白色的环带。银河系总质量约为太阳的1.5万亿倍 ，隶属于本星系群，最近的河外星系是距离银河系4.2万光年的大犬座矮星系。

银河系呈扁球体，具有巨大的盘面结构，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4500光年。太阳位于银河一个支臂猎户臂上，至银心的距离大约是2.6万光年。

银河系的中心是复杂而致密的无线电波源人马座A，其靠近中心的位置包含一个超大质量黑洞（人马座A*），该黑洞被认为是银河系的中央黑洞，亦被认为是距离太阳系最近的超大质量黑洞 [3] 。银河系自内向外分别由银心、银核、银盘、银晕和银冕组成。银河系中央区域多数为老年恒星（以白矮星为主），外围区域多数为新生和年轻的恒星。周围几十万光年的区域分布着十几个卫星星系，其中较大的有大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。银河系通过缓慢地吞噬周边的矮星系使自身不断壮大。2015年3月，科学家发现银河系体积比之前认为的要大50%。

3.本星系群

本星系群有大约50个星系，其中最大的是仙女座大星系，第二大的是我们银河系。直径大约一千万光年。
本星系群（Local Group of Galaxies）是指银河系和相邻仙女星系、麦哲伦星云等50个星系组成了一个规模较小的集团。包括银河系在内的一群星系。本星系群中的全部星系覆盖一块直径大约1000万光年的区域。本星系群又属于范围更大的室女座超星系团。

4.室女座超星系团

室女座超星系团拥有多达两万个星系，直径大约一亿一千万光年。
室女座超星系团（英语：Virgo Supercluster，简称Virgo SC）或本超星系团（英语：Local Supercluster，简称LSC或LS）是一个不规则超星系团，包括太阳系所在的银河系所在的本星系群在内的一群星系组成的超星系团。其形状类似平底锅里的薄饼，覆盖一块直径约为1.1亿光年的区域，是在可观测宇宙中数以百万计的超星系团中的一个。室女座超星系团是拉尼亚凯亚超星系团的一部分。它也是星系细丝双鱼-鲸鱼座超星系团复合体的一部分。 该星系团的中心区域距离地球约有6000万光年，位于室女座。

室女座超星系团包含约100个星系群与星系团，室女座星系团约位于其中心位置。 本星系群位于室女座星系团的边缘并且仍在继续向远离室女座星系团的方向移动。

邻近的超星系团：

5.拉尼亚凯亚超星系团

拉尼亚凯亚超星系团（Laniakea Supercluster）由室女座超星系团，长蛇-半人马座超星系团，孔雀-印第安超星系团组成的超星系团。这个超级宇宙网络有超过十万个星系，直径达五亿两千万光年。

拉尼亚凯亚超星系团是银河系、太阳系和地球所处的超星系团。2014年9月，夏威夷大学的布伦特·塔利（Brent Tully）和法国里昂第一大学的海伦·库尔图瓦（Helene Courtois）所领导的团队发表了一种通过星系的视向速度来定义超星系团的新方法，并由此定义了拉尼亚凯亚。按照新的定义，以往我们所知的室女座超星系团只是拉尼亚凯亚的一部分而已。


拉尼亚凯亚超星系团内包含约10万个星系，范围达到约1.59亿秒差距（5.2亿光年）。质量相当于太阳的1*10^17倍,或者是银河系的10万倍，我们的银河系就位于这张宇宙之网的一条“流苏”上。拉尼亚凯亚超星系团几乎与巨大的时钟座超星系团相同。拉尼亚凯亚超星系团包含以下三个部分，而这三个部分先前被认为是各自分离的超星系团：

• 室女座超星系团，银河系所在的超星系团。
• 长蛇-半人马座超星系团，包含了拉尼亚凯亚超星系团的重力中心，巨引源（也称“大引力源”）。
• 孔雀-印地安超星系团

拉尼亚凯亚超星系团内最巨大的星系团包含室女座星系团、长蛇座星系团、半人马座星系团、阿贝尔3565、阿贝尔3574、阿贝尔3521、天炉座星系团、波江座星系团和矩尺座星系团。整个超星系团由大约300到500个已知的星系团和星系群组成，而实际数字可能更高，这是因为部分天区被银河系的隐匿带遮蔽而无法被观测。

超星系团是宇宙中最大的结构之一，并且其边缘难以判断，尤其是由内向外观测时。发现拉尼亚凯亚的团队使用电波望远镜将本星系群的星系运动绘制成分布图。在特定超星系团内，所有星系的运动都会朝向超星系团的质量中心。而在拉尼亚凯亚超星系团，星系都朝向它的重力中心，巨引源移动，因此也影响了银河系所在地本星系群和其他超星系团内的星系。

宇宙目前已知的最大结构是大尺度纤维状结构——就像一张巨大的网，而这些纤维组成了宇宙中空洞的边界。宇宙的空洞中，几乎空无一物。“纤维”则是由超星系团所组成。邻近拉尼亚凯亚超星系团的其他超星系团有夏普力超星系团、武仙座超星系团、后发座超星系团、英仙-双鱼超星系团。这些超星系团和拉尼亚凯亚超星系团之间的边界在拉尼亚凯亚超星系团被确认存在时仍无法清楚地判定。

拉尼亚凯亚这个词来自于夏威夷语，意为“无尽的天堂”。这个名称是由任教于卡比奥拉尼社区学院的夏威夷语副教授 Nawa’a Napoleon 所建议的。这个名称是向利用天文知识在太平洋中航行的波利尼西亚人致敬。

6.双鱼-鲸鱼座超星系团复合体

双鱼-鲸鱼座超星系团复合体，是已知最大的宇宙结构，直径达十亿光年。

双鱼-鲸鱼座超星系团复合体(Pisces–Cetus Supercluster Complex)是一个容纳本超星系团即室女超星系团（包含本星系团里面的本星系群（银河系所在的星系群）的本超星系团）的超星系团或大尺度纤维状结构。
估计双鱼-鲸鱼座超星系团复合体的尺度大约是10亿光年长，1亿5千万光年宽。它是已知在宇宙中发现的最大结构，但不及个别的史隆长城（13亿7千万光年）、克劳斯-坎普萨诺超大类星体群（20亿光年）、U1.11LQG （25亿光年）、Huge-LQG（40亿光年）和武仙－北冕座长城（100亿光年）长。

这个复合体大约有60个群集，并且估计总质量为1*10^18M☉。
据发现者描述，这个复合体由5个部分组成：

• 双鱼-鲸鱼超星系团
• 包括英仙-双鱼超星系团的英仙-飞马链，
• 飞马-双鱼链
• 包括玉夫座超星系团和武仙座超星系团的玉夫座长城，
• 拉尼亚凯亚超星系团,其包括我们所在的室女座超星系团(本超星系团)以及长蛇-半人马超星系团。

这个复合体是依据最富足的双鱼-鲸鱼座超星系团命名。相较之下，我们所属的室女座超星系团的质量只有1*10^17M☉，只是复合体总质量的0.1%。

7.宇宙的超级结构

宇宙的超级结构，这是比拉尼亚凯亚超星系团尺度更大的位置，上图中宽度略微超过12亿光年，图中每一个亮点代表的都是一个超级星系团（拉尼亚凯亚超星团同级别的），而每一条须状物都是有个个星系组成的“纤维”！

这是放大后的局部，黄色斑点代表星系，蓝色则代表弥漫在宇宙空间的气体，而这些主要是指氢元素和氦元素：

8.史隆长城

史隆长城（Sloan Great Wall），就像是星系组成的城墙一样，大于双鱼-鲸鱼座超星系团复合体，直径为13.8亿光年。

史隆长城是星系组成的巨墙，是目前所知宇宙中被观察到的第二大的结构。这项发现是普林斯顿大学的理查·哥特（Richard Gott III）、Mario Juric和同事们在2003年10月宣布的。依据史隆数位巡天所获得的资料，这座巨墙的长城距地球10亿光年之外，长达13.7亿光年（超过8 X10^21英里）。

它由众多星系组成，又被称为大尺度丝状结构。

宇宙中有各种尺寸的结构，从行星、恒星、星系、星系团到超星系团 (supercluster)，各个都是重力作用的结果。在这些结构之上，其实还有丝状构造(filament)和空洞(void)等更大的结构，这些丝状结构中最大的就是所谓的“史隆长城”，这是由一连串星系所串连的巨大构造，长达13.7亿光年，是目前已知宇宙中最大的结构，在爱沙尼亚塔尔图天文台天 文学家M. Einasto等人发表研究结果之前，从未有人做过长城整体的仔细研究，令人相当讶异。

9.牧夫座空洞

牧夫座空洞（Bootes void），是一个几乎没有星系存在的区域，直径是2.5亿光年。

10.武仙-北冕座长城

10.武仙-北冕座长城（Hercules-Corona Borealis Great Wall），武仙-北冥座长城是宇宙最大单一结构，直径是惊人的一百亿光年。

武仙－北冕座长城（英语：Hercules-Corona Borealis Great Wall）是宇宙中一个由星系组成的巨大超结构，延伸超过100亿光年，是可观测宇宙中已知最巨大的结构。 天文学家于2013年11月使用雨燕卫星和费米伽玛射线空间望远镜的观测资料将发生在遥远宇宙的多次伽玛射线暴位置绘制成分布图时发现了这个巨大结构。

武仙－北冕座长城是大尺度纤维状结构的一部分，或者是以重力结合的巨大星系集群。该长城的长度最长端横跨约100亿光年（30亿秒差距），另一端的长度则是72亿光年（22亿秒差距，在红移空间的红移速度150,000 km/s），是宇宙中已知最大的单一结构。武仙－北冕座长城的红移值为1.6到2.1，相当于距离地球约100亿光年。它的名称由来是因为它在天球上的投影位置在武仙座和北冕座。

11.可观测宇宙

可观测宇宙，从地球上可观测的最大范围，930亿光年。

哈勃体积（也称为可观测宇宙，英语：Hubble Volume）是一个以观测者作为中心的球体空间，小得足以让观测者观测到该范围内的物体，也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。现在哈勃体积半径约为460亿光年。
或者简单地说，宇宙的大小，又叫做哈勃体积。

理论上说，既然宇宙是在100－200亿年前的大爆炸中诞生的，空间从“宇宙原点”以光速扩展开来，其光辐射是以一个球体形式传播的，那么，现在宇宙的半径尺度应是100－200亿光年。你可以观测到的最远距离也就是自大爆炸以来光辐射所行进到的最远距离大约是120～150亿光年，即10的26～27 次方米，（注意：这是个动态的概念，其每一秒都在不断拓展中） 以该距离为半径（即：哈勃半径，注意不是哈勃望远镜的观测半径。）的球体正好定义了我们可观测‘视界’的大小，或者简单地说，我们这片宇宙的大小，知道半径当然可以算出体积，所以其体积又叫做哈勃体积或称为哈勃空间。 请注意一点：只要受光速的制约（红移的加速率），我们的“观察球”（已观测到的宇宙范围）永远小于“视界”（可观测到的宇宙范围，即：哈勃空间。）

以下来自维基百科：

天文学名词–可观测宇宙

在大爆炸宇宙学中，可观测宇宙包括了人类今天可以在地球上观测的所有的星系和其他的物质。这是因为在宇宙膨胀开始了以后，光线和其他的信号必须经历漫长的时间才能被我们接受。假设宇宙是各项同性（各个方向上相同），那么宇宙大体上在各个方向上其边界都相同——意味着可观测宇宙是一个以观测者为球心的球体。不考虑宇宙的实际形状，宇宙的每一点都有一个自己的可观测宇宙，它可能和地球上的可观测宇宙重合也可能不重合。“可观测”这个名词的意思意味着它不是依赖于现代技术的探测能力，它仅仅代表着理论上光线或是其他信号从物体到观测者的可能。事实上，我们仅仅可以观测到（宇宙大爆炸的）再复合纪元时刻的光子解耦（光子逃逸），在那个时刻粒子第一次可以发射不被其他粒子再吸收的光子。在这之前，宇宙是一个对光子不透明的等离子体。在这一时刻粒子之间刚好有着足够的距离，所以光子能够从“最后散射面”被发射出来并且能被今天的我们所接受。并且形成了今天我们可以接收到的宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background radiation）。但是，如果在今后我们可以观测到“中子背景”或者更深的“引力波”，那么我们可能得到比现在的可观测宇宙更远的距离，甚至可能包括宇宙大爆炸时刻的信息。目CMBR共动距离代表了宇宙的半径，计算得出为140亿秒差距（大约457亿光年），而可观测宇宙的边界计算得出的结果是143亿秒差距（大约466亿光年），大了将近2%。宇宙的年龄计算结果为137.5亿年，但是由于宇宙膨胀，我们现在观测一些最开始十分接近但是现在却被认为远比137.5亿光年遥远的天体，（依据宇宙的固有距离，在同时刻和共动距离等效）。可观测宇宙的直径大约为280亿秒差距，大约930亿光年，可观测宇宙的半径大约有460到470亿光年之遥。通常情况下，人们常常把137亿光年当做宇宙的大小，人们想当然的认为宇宙中既然没有比光更快的物质，那么把137亿光年当做宇宙大小是合情合理的。但是，这一点未能考虑到宇宙并不是平滑，静止，而且符合闵可夫斯基时空的狭义相对论的。事实上宇宙时空由于膨胀而变得弯曲，正如哈勃定律揭示的那样，光的速度乘以宇宙时间间隔事实上并没有真正的物理意义。

哈勃体积的大小

通常人们认为宇宙的直径是290亿秒差距，约合930亿光年，假设宇宙是平滑的，那么这就意味着宇宙的体积有3.5 ×10立方米，大约是4.1×10立方光年那么大。在宇宙学时间中，这些数据是现在的距离，不是光线发出时刻的距离。比如，宇宙微波背景辐射所发出的去耦光子在大爆炸之后的38万年后发出，大约发生在137亿年前，这些辐射是被一些后来绝大多数形成了星系的物质所发出，并且这些星系现在已经离我们460亿光年之遥。为了估计光线在它们发射时刻到我们这里的距离。（以下详细推导简略），通过红移和宇宙学公式，尽管它们现在离我们有460亿光年，但是当时它们离我们仅仅只有4200万光年之远。（附加内容： 之所以天文学家会得出宇宙的半径是470亿光年，这是由于时空膨胀的结果，宇宙在不断膨胀，并且这一点发生在宇宙的每一个角落，如同一个不断膨胀的气球表面，任意两个点之间的距离是不断增加的，所以物质之间的距离在不断增加，而且在不同时间内，变化的速度并不相同，这是由于随着距离增加，互相远离的二者，远离速度反而越来越快。尽管光线传播到我们这里需要137亿年，但是同时发出光线的光源却在与我们相反的位置走了更远。如果想要计算此时的光源与我们的距离，需要一些天文学公式和积分计算，一个简单的近似，对于遥远的天体，可以简单的认为距离D=3ct，这样就能大致上得到D=137亿年3c约等于500亿光年的结果。）

结语：最后，强烈给大家推荐一下，2008年的科普纪录片 《旅行到宇宙边缘》 ，以及霍金亲传弟子法国的克里斯托弗·加尔法德所著的 《极简宇宙史》 。真的是读完之后受益匪浅。

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今天的文章从地球出发，到宇宙边缘分享到此就结束了，感谢您的阅读。