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宇宙一:我們的宇宙

宇宙簡史一:我們的宇宙

1980年代有所謂暴漲宇宙模型:在大統一破缺之後,宇宙出現了一個以指數形式膨脹的階段。但是宇宙從何而來?即第一推動的問題,霍金提出答案….這裏暫且擱下,稍後介紹吧。

最近的統計,宇宙大爆炸源于150億年前。下面我們用非常濃縮的尺度,來表示一下這個宇宙的日程,就用一年來比喻這150億年:universe-1-001

我們居住在太陽系 Solar System

像太陽那樣自己發光的星球稱之為恒星Star,也有誕生、成長到衰老到死亡的生命史。太陽內部氫的含量甚豐,當氫在高溫高壓下聚變成氦時,就會釋放巨大的核能,已持續燃燒了幾十億年了。

太陽系的中心是太陽,太陽系每2.3億年便繞銀河系中心運轉一圈。太陽系內有八大行星,由太陽向外依次是水、金、地、火、木、土、天王、海王。地球離太陽約1.5億公里,定義為一個天文單位(AU)。

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離太陽系最近的另一恒星,是比鄰星,即是半人馬座的”α星C”。

如果把太陽想像成一個蘋果,地球就只是1mm 的米粒,距離10米,而太陽和半人馬座的α比鄰星就像是太平洋上隔了2000公里的兩個蘋果。

遠處即是過去。地球距離半人馬座α星不到4.3光年(光行4.3年的距離,一光年約是9.5萬億公里),所以我們現在看到的比鄰星是它4年多前的影像。但是宇宙中還有那些距離我們幾百萬光年,幾億光年的天體。要了解過去,只要觀測更遠的天體就可以了。

星系 Galaxy

無數恒星的集合。

晴朗的夜晚,你會看到星空中橫著一條不規則的銀白色光帶,這就是銀河。

把較暗的恒星也包含時,恒星大都密集分佈在一條條銀河似的星系之中。這些星系是宇宙中龐大的星星島嶼群,已觀測到的星系約有1000億個。太陽所在的星系叫銀河系,裏面約有2000多億個恒星。

銀河系 Milky Way Galaxy

銀河系是一個棒旋星系,由銀盤、核球、銀暈和暗暈組成。是一個中間厚,邊緣薄的扁平盤狀體。主要部分銀盤,呈漩渦狀。銀河的中心有巨大的質量和緊密的結構,因此強烈懷疑它有超重質量黑洞太陽至銀河中心的距離大約是2萬6仟光年。棒狀結構長約2萬7仟光年,主要由紅色的恆星組成,相信都是年老的恆星。有四條主要的旋臂起源自銀河的核心。銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍著,組成結構還不清楚。銀河中大部分的質量是暗物質

400px-Deathvalleysky_nps_big 從死亡谷所見的銀河系     

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史匹哲太空望遠鏡拍攝的銀河系中心圖象 250px-Milky_Way_IR_Spitzer

                                           

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                 兩條旋臂的銀河系想像圖                                                                  觀測到的銀河旋臂結構

 

本星系群 Local Galactic Group:成員有仙女星系、銀河系三角座星系,和大約50個小星系。

仙女座星系 Andromeda GalaxyM31):是銀河系鄰近的大星系,距離大約250萬光年,直徑約為16萬光年,位於仙女座的方向上。其中包含有3至4仟億顆恒星,還有明亮的恒星雲,暗黑區域,和許多變星、星團和新星等。估計銀河系的質量大約是仙女座星系的一半。

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三角座星系
M 33)是位於三角座的一個螺旋星系,距離大約314萬光年。

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大麥哲倫星雲 (The Large Magellanic Cloud, LMC):是從銀河系看出去最明亮的星系,離我們第二近的星系,約 18 萬光年,星雲大小寬約 4 萬光年,相當于 200多個滿月的視面積,在南半球居民才看得到。

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星系的形狀,大致分為旋渦星系、橢圓星系和不規則星系三大類。旋渦星系有核心如棒狀的,就叫棒旋星系。星系的大小相差很大,直徑有的是300光年,有的是30萬光年。旋渦星系的普遍質量是太陽的10億至1000億倍。橢圓星系,有較小的矮星系,較大的可以有旋渦星系的1萬倍質量。

星系間的距離平均在200萬至300萬光年。有許多的方法來測定星系的距離,譬如利用星系中的造父變星,用其光度的變化周期與相約周期的參照造父變星的視光等比較而得出;又星系中有像超新星這些光度很大的恒星,參照銀河系中同類恒星的視光等比較而得出;又可測量星系的譜線的紅移量推算而得。

星系群/團 Galactic Group / Cluster,超星系團 Supercluster

恒星是由內部能源產生輻射發光大質量球狀體;星系是由幾十億至幾千億恒星,星際氣體和塵埃物質構成,佔據幾千光年至幾十萬光年的空間;星系團是相互間有一定力學聯系的十幾至千個星系集聚的天體,一般把含100個星系以下的叫星系群。星系團大小一般為1600萬光年,團內星系間距是百萬光年上下。已觀測到的星系團有一萬個以上。

由若干個星系團聚在一起又形成了超星系團,或稱二級星系團。太陽系所在的本星系群Local Galactic Group 之外,還有室女星系團Virgo Cluster、大熊星系團等50多個星系團或群,聚成了〝本超星系團〞Local Suppercluster (Virgo Supercluster),其成員星系都圍繞著本超星系團中心做公轉運動,銀河系的公轉周期是1000億年。

巨大的空洞

1981 開始在多個方向觀測到超級的空洞,其中沒有任何天體,星系,沒有神秘的暗物質,使得宇宙看上去就像是一個巨大的蜂巢。2007年發現的一個空洞,直徑竟達10億光年。universe_1

宇宙長城

1981年一個長8億光年,寬2億光年,厚1500萬光年的,顯眼的由星系構成的條帶狀結構,從星系地圖上被發現出來。2003年普林斯顿大学对1/4片天空中的100万个星系相对地球的方位和距离进行了测绘,繪出了一條約14億光年的星系宇宙長城Sloan。

 

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現在人們相信宇宙主要由暗能量暗物質所組成,只有少過5%是我們理解的東西所組成。

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宇宙一系列的圖片:從地球到太陽系,到鄰近恒星,到銀河系,到本星系群,到室女超星系團(本超星系團),到鄰近的超星系團,到整個可觀測的宇宙。

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參照:(王宇琨  董志道編圖解時間簡史大全集(人人都可以讀懂的 霍金), 維基百科等。

 

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