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宇宙是由數不清的星系“小島”組成?

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2019-12-11  大科技雜...

廣袤的宇宙如同寬廣的大海,而點綴其中的繁星,就如同大海中散落的島嶼。每一團繁星都是一個——宇宙中的島嶼

整個世界是由一個又一個的小島,以及小島之間的海洋所組成的嗎?

如果你生活在大陸上,你不會有這樣的想法。如果你是個能看到電視聽到廣播拿著電話和別人輕松交流的現代人,你當然知道,世界不是由一個個小島組成的。

可是,如果你出生在南太平洋上的一個小島上,身旁是千百年來祖先居住的茅屋和島民們賴以為生的漁船,偶爾有些附近島嶼的人來這里做客。這里沒有任何現代化的新玩意,你對世界的看法也就不那么“現代”了,你的世界圖景也許就是一片無邊無際的海洋和海洋中如繁星般的海島。

云霧狀的光斑

幾百年前,人類仰望星空,就如同島民眺望大海。憑借肉眼,人類能夠看到銀河系的諸多恒星,甚至用肉眼還可以看到,在仙女座方向上有一個云霧狀的光斑,天文學家們起初猜想,它大概如同漂浮在藍天上的白云一樣,是一塊漂浮在宇宙中的巨大、發光的氣體塵埃云,因此人們把它叫做“仙女座大星云”。

早在1755年,德國著名哲學家康德就對這團宇宙中的“云霧”提出了不同的看法。他覺得,這個昏暗的光斑似乎并不是什么云霧,而是一個巨大的恒星集團。仙女座大星云其實和銀河系一樣,都是由無數個恒星系統(包括圍繞恒星運轉的行星、衛星等)組成的,只是距離我們地球太遙遠了,仙女座大星云才看起來像云霧狀的光斑。

由于當時的人認為,銀河系就是全部宇宙。仙女座大星云以及其他一些光斑既然是和銀河系平起平坐的天體,康德于是發明了一個新的名稱“島宇宙”,來表示這些光斑狀的天體。因此,康德眼中的宇宙,是一個又一個“島嶼”組成的,每一個“島嶼”就是一個恒星群。

宇宙中的燭光

在康德的時代,科技還沒有發達到可以驗證他的假設的程度。仙女座大星云到底是氣體塵埃云,還是恒星集團呢?當時的人們爭論不休,卻缺乏有力的證據支持其中的一方。

直到20世紀初,望遠鏡制作越來越精良,太空中的秘密也逐漸被揭示,人們借助望遠鏡,終于看清了遙遠云霧背后的世界。

雖然大多數恒星都和我們的太陽類似,但恒星家族的成員是千奇百怪的。比如有一類恒星叫做造父變星,它們的亮度會有規律地起伏變化,由暗到明,再由明到暗。根據造父變星亮度變化的周期,人們可以計算這顆恒星到地球的距離。因此,天文學家稱造父變星為宇宙中的“標準燭光”,因為我們可以用它來測量宇宙中遙遠的距離。

有趣的是,夜空中為我們指明方向的北極星,就是一顆造父變星,它的光變周期(由明到暗,再由暗到明的時間)接近4天。造父變星的光度都非常強,它們不僅出現在銀河系的邊遠地區,而且散布于銀河系外的星系中,它們定期地“眨著眼睛”,告訴人們:“不要費神找了,我就在這兒。”從而,人們可以把更遙遠的空間度量出來。

利用精良的望遠鏡,天文學家在仙女座星云中發現了造父變星。1923年,美國的天文學家哈勃通過造父變星測出了仙女座星云到地球的距離:100萬光年。在此之前,人們已經測量出銀河系的直徑約為10萬光年,并認為整個宇宙就是這么大,在銀河系邊緣漂浮著一些星云,如仙女座星云,等等。而哈勃的新數據表明,那些星云距離地球是如此地遙遠,將宇宙局限于銀河系的體積范圍內,是有點坐井觀天了。

哈勃判斷,那些所謂的星云,應該是與銀河系一樣的星系,只是距離太遙遠,在我們的視野中僅能呈現云霧狀。哈勃的結論和哲學家康德的猜想完全吻合。人們終于承認了島宇宙的存在。宇宙的邊界從銀河系向外擴大了,康德發明的島宇宙的說法也被一個新名詞——星系所代替。因為,宇宙只有一個,島宇宙的概念容易讓人產生誤解,以為世界是由許多宇宙組成的。

正是由于對宇宙中星系的研究,哈勃獲得了“星系天文學之父”的美譽。哈勃也為自己的成就自豪,渴望能夠獲得科學家的最高榮譽——諾貝爾獎,可惜諾貝爾獎沒有設立天文學這一獎項。1953年,當評獎委員會正考慮授予他諾貝爾物理學獎時,哈勃逝世了。

今天我們知道,可見宇宙有約一千億個星系,星系之間彼此相距遙遠,如同點綴在海洋中的小島,每個星系平均有一千億顆恒星。這是多么巨大的由星系“島嶼”組成的宇宙!這個宇宙的結構仍是很多天文學家探究的課題。

微風吹拂的宇宙

在海洋中的島嶼之間,有洋流穿過,定期地攜帶來魚群,維持島民的生計。而宇宙中的島嶼——星系之間相距遙遠,人們一度認為,它們彼此之間是孤立的,自從大爆炸時誕生至今,它們彼此遠離,老死不相往來。

星系彼此之間真的如此冷漠嗎?新的研究表明,星系之間利用星系風彼此“打招呼”。

星系風其實是由星系吹出的帶電粒子流。星系里有許多質量巨大的恒星,由于溫度和壓力的改變,會釋放出一些物質,以帶電粒子的形式飛出星系之外。星系里的超新星爆發也會釋放出大量的物質。此外,星系的核心地帶往往是食量巨大的黑洞,不斷地吞噬周圍的物質。黑洞在吞噬物質的過程中,也會釋放出強烈的帶電粒子流。

人們向大海中扔一些漂流瓶,就可以確定洋流的流向。但是,我們卻不能輕易地觀察到星系風,因為目前我們還無法跑到兩個星系之間,去扔哪怕一張薄紙。天文學家能夠了解到星系風的存在,是因為星系風從星系里向外吹送的過程中,與星系之間空間的某些粒子碰撞,產生了可見光、X射線、無線電波,正是測量到了這些輻射,人們證實了星系風的存在。

通過對星系風的觀察,人們還發現了一些有趣的現象。比如,星系風在星系的周圍不是均勻分布的,這些帶電粒子流經常會聚集成一團一團的,尤其是當熾熱的星系風氣體碰撞到寒冷的星系內或星系間物質時,這種團塊狀結構更明顯,就好像星系風被冷凍住了。因而,在星系“島嶼“的周圍,好像包圍著許多不規則的泡泡,在這些泡泡的周圍,環繞著一些絲狀輻射的結構,這種結構甚至在距離星系中心十分遙遠的地方仍然存在。這些絲狀結構彼此牽連,說明星系風的確對星系及星系之間的廣袤空間產生了很大的影響。

星系風的發現,使天文學家認識到,星系并不是一個個孤立的小島,它們之間通過星系風彼此交流著,交流的不是話語,而是帶電粒子。

站在海洋中的小島上,仰望星空,宇宙由數不清的“小島”,即星系組成,“小島”之間,有星系風激蕩徘徊。這才是宇宙的真實面貌吧。

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