第一節　這些可愛的大家伙們

宇宙的第一次自我介紹

姓名

我的名字很有來歷，古話說：“四方上下曰宇，古往今來曰宙。”“宇”是指無邊無際的空間，“宙”是指無始無終的時間。小到我們身邊的塵埃，大到幾億光年外的星系，宇宙無不包含。

體積

人類似乎不太愿意提及這個話題，特別是女性。不過我卻非常喜歡說說我的體積（人類關于此專業的術語應該是宇宙距離）。雖然目前人類想要獲得精確的宇宙距離是一件不可能的事情，但是，人類的眼睛所能看到的地方，是可以計算的。人類看得最遠的星系距離地球達到460億光年。當然，這并不是一個精確的數據。因為我還在不停地“長大”——這種“膨脹”的速度甚至超過了光速！

出生

大多數的小朋友都喜歡探討自己到底是從哪兒來的這個問題，我也喜歡。我很遺憾，因為我不知道誰是我的媽媽——現代物理宇宙學的科學家們大多認為我起源于一場大爆炸。孕育我的是一個密度極大，溫度極高，所有物質和能量都濃縮在一起的小體積的物質。當它膨脹到一定程度，就再也承受不住，于是爆炸了，我就這樣誕生了！

最初，大爆炸使能量四散，物質只能以中子、質子、電子、光子和中微子等基本粒子形態存在。爆炸之后，我開始不斷膨脹，導致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻，逐步形成原子、原子核、分子，并復合成為通常的氣體。氣體又逐漸凝聚成星云，星云進一步形成各種各樣的恒星和星系，最終形成人類現在所看到的宇宙。

年齡

我已經活太久太久了，我也不知道自己走過了多少年。當今人類通過科學推算和觀測認為我的年齡在136億～138億年之間。這個不確定的區間是從多個科研項目的研究結果的共識中取得的，其中使用的先進的科研儀器和方法已經能夠將這個測量精度提升到相當高的量級。根據2013年普朗克衛星所得到的最佳觀測結果，宇宙大爆炸距今138.2億年。嘿，小朋友們，現在你們知道了吧？我已經是一位超級爺爺了。

未來

未來是個值得深思的問題……小朋友們的未來是可以預料的，而我，現在沒有人敢妄下定論。當人類無比敬重的偉大科學家愛因斯坦提出了廣義相對論之后，人類覺得終于能夠開始探索我的終極命運。但是廣義相對論方程式有許多不同的解，每個解都意味著一種不同的終極命運。所以，有的科學家說我會一直膨脹下去；有的科學家說我最終會停止膨脹，逆轉為收縮，最終形成與大爆炸相對的一個“大擠壓”；還有的科學家說我膨脹到一定程度后就會穩定下來。我也期待知道自己的命運！

張開大口吞噬一切的黑洞

首先，你得知道

——黑洞不是一個洞

黑洞是廣義相對論所預言的，在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體。黑洞是由質量足夠大的恒星在核聚變反應的燃料耗盡后，發生引力坍縮而形成的。黑洞的質量非常大，因此它的引力場也非常強，以至于任何物質和輻射都無法逃逸，就連傳播速度最快的光（電磁波）也逃逸不出來。因為它不能反射光線，故名黑洞。

其次，你得了解了解人類發現黑洞的歷史

人們為了尋找黑洞付出很多努力，成果卻不多。20世紀70年代才找到4個黑洞候選者，在90年代之后又發現6對新的X射線雙星黑洞候選者，2000年后陸續探測出7個。有人估計過去100億年中銀河系平均每100年有1顆超新星爆炸，而每100顆爆炸的超新星中會有1顆形成黑洞，以此推算，那么銀河系應該有100萬個恒星級黑洞。可是，至2007年人類也只找到17個黑洞候選者。美國宇航局于2010年11月15日發現一個年僅30歲的黑洞，這也是人類科學史上發現的最年輕的黑洞。當然這是唯一一個人類全程見證形成的黑洞，也是超新星爆炸能夠形成黑洞的唯一的直接證據。

嘿，你想知道一些黑洞的小秘密嗎

黑洞的質量很大，目前發現的小型黑洞質量大多在太陽質量的10～20倍。在絕大部分星系的中心，包括銀河系，都存在超大質量黑洞，它們的質量從數百萬個太陽大小直到數百億個太陽大小。

恒星都是由熾熱的氣體組成的球體，那么由大質量的恒星核聚變反應后形成的黑洞，是不是還是這么熱呢？事實恰恰相反，黑洞的溫度取決于它的質量大小，質量越大的黑洞溫度越低。你不用擔心黑洞“霸占”宇宙，黑洞不是永生的，它也會滅亡。

黑洞之最

目前發現的宇宙中最小的黑洞僅是太陽質量的3.8倍，其直徑為24千米，僅比紐約曼哈頓島大一些。當然，體積小不代表年齡小，之前說的在2010年才年僅30歲的“嬰兒黑洞”才是名副其實的小家伙。而和我們離得最近的黑洞，顯然不是上面兩位，它位于人馬星座，和我們相距大約2.4萬光年之遙。也許有一天，你能上去一探究竟。迄今發現宇宙中最大黑洞的質量是太陽的170億倍，它的質量相當于一個小型星系。這個龐然大物潛伏在距離銀河系2.2億光年的英仙座的NGC1277星系上。

神秘的星云你不用猜

星云和恒星的關系有點兒復雜

星云是指由塵埃、氫氣、氦氣和其他電離氣體聚集的星際云。請注意，它是一種云霧狀的天體。在這方廣闊的天地，氣體、塵埃等挨挨擠擠聚在一起，聚集了巨大的質量，再吸引更多的質量，最后越來越大，就變成了恒星。要是形成恒星后還有剩余材料，說不定還能形成行星和行星系的其他天體。這可真是了不起啊！而恒星爆炸時，拋出的氣體等往往又會形成星云。所以星云和恒星可以說是相互轉化，有牽扯不清的“血緣”羈絆。

天空最絢爛多彩的點綴

——真正的“明星”

散漫無際的形狀，多姿多彩的色彩，夢幻神秘的氣息，這就是我們眼中的星云。它們才是真正璀璨奪目的明星。

最初在宇宙中的所有云霧狀天體都被稱作星云。后來隨著天文望遠鏡的發展，人們的觀測水平不斷提高，星云被證實是一個獨立的天體。實際上，遠在沒有發明望遠鏡的時候，人類已經知道星云的存在，瑪雅歷史文獻中記載的與天空中的獵戶座有關的神話就預兆著星云的存在——神話提到獵戶座周圍有熊熊大火。當人類真正開始探索星云時，瞬間就被它的美麗吸引。

星之皇后

——鷹星云

鷹星云是位于巨蛇座尾端的一個年輕疏散星團，星團周圍的星云形狀猶如一只展翅飛翔的雄鷹，因此得名。鷹星云聞名世界和它內部的“創生之柱”有很大的關系。創生之柱指的是哈勃空間望遠鏡拍攝到的在鷹星云內圓柱形的星際氣體和塵埃的一張影像。這一部分恒星因為其他恒星在手指狀的氣體柱上造成的腐蝕，使它們形成了手指之外的蛋型。每一個蛋都被氣體環繞著，并且有一顆新生的恒星在其內。

火鳥星云

——獵戶座大星云

獵戶座大星云是一種反射星云，它現在正在孕育著一顆新恒星，形狀猶如一只展開雙翅的大鳥。獵戶座大星云的亮度相當高，在全天僅次于船底座星云，在晴朗的夜晚，用肉眼就能觀看到它。獵戶座大星云距太陽系大約為1500光年，是銀河系內離我們最近的恒星誕生地，包含有數以千計的新生恒星以及孕育恒星的柱狀星際塵云，長期以來，一直是天文學家觀測的熱點地區。

運動健將

——蟹狀星云

蟹狀星云是一種超新星爆炸的殘骸。當大質量恒星抵達生命的終點時會成為超新星，在恒星爆炸性地向外擴展時，膨脹的氣殼就會形成超新星殘骸，實際它也是一種特別的彌漫星云。蟹狀星云位于金牛座，距離地球大約6500光年。

蟹狀星云“運動”非常快速。科學家們推測：在900多年以前，它或許還只是一顆普通的恒星。蟹狀星云這么出名還在于它中心部位的脈沖射電源有可能是迄今為止人類發現的首個具有4個磁極的天體構造。

天空有一只復雜的眼睛

——貓眼星云

貓眼星云是一個行星狀星云，是低質量的恒星轉化成白矮星時，從外殼拋出的氣體形成的星云。科學家認為，我們的太陽在誕生120億年后就會成為其中的一員。貓眼星云是已知星云中結構最復雜的星云之一。它的中心是一顆明亮、熾熱的恒星，約1000年前這顆恒星失去了它的外層結構，從而產生了貓眼星云。

星座是天上的“王國”

科學家眼里的星座

一個個人組成了家庭，家庭組成了社會、國家。而在天上，一群群恒星也組成了一個個王國，人們習慣性地稱它們為——星座。古代時，人類便把三五成群的恒星與神話中的人物或器具聯系起來，稱之為“星座”。而在1930年，國際天文學聯合會決定統一劃分星區，將整個星空劃分為88個星區，稱為星座。每個星座都可以從其中較亮的星星的特殊分布辨認出來。比如，北斗七星屬于大熊座，北極星屬于小熊座，牛郎星屬于天鷹座，織女星屬于天琴座。

我們眼中的星座

提到“星座”二字，普通人肯定立刻會說：“這個我知道，我就是獅子座。”這里所說的星座，實際上是西洋占星學上所說的星座，人們把太陽每年在天球上所行經的路徑平均分為12個區域，稱之為黃道十二宮，也即12星座。它以春分點為0°，自春分點（即黃道0°）算起，每隔30°為一宮，并以當時各宮內所包含的主要星座來命名，依次為白羊、金牛、雙子、巨蟹、獅子、室女、天秤、天蝎、人馬、摩羯、寶瓶、雙魚。

實際的星座

恒星組成星座是一個隨意的過程，在不同的文明中有由不同恒星所組成的不同星座。自古以來，人們對恒星的排列和形狀很感興趣，并很自然地把一些位置相近的星聯系起來組成星座。國際天文學聯合會用精確的邊界把天空分為88個正式的星座，使天空每一顆恒星都屬于某一特定星座。但在宇宙中，這些恒星相互間其實沒有什么關系，不過是從地球上看恰好臨近。實際上，它們之間可能相距很遠。如果我們身處銀河中另一星系，我們看到的星空將會完全不同。

廣為人知的星座

大熊座擁有全天最著名的星象——北斗七星。

室女座擁有最亮的、離我們最近的超星系團——室女星系團。

獅子座所占據的廣闊天區有很多星系。在每年出現的流星群中，獅子座流星群是最顯著的流星群之一。

獵戶座是天空中最亮、最易辨認的星座。獵戶座β是一顆超亮的藍白巨星，亮度相當于5.5萬顆太陽，在中國被稱為參宿七。

追根溯源

現代星座常使用的88星座里包含14個人類形象、9種鳥類、2種昆蟲、19種陸地動物、10種水生物、2個半人馬怪物以及29種非生物；頭發、巨蛇、龍、飛馬、河流各1（種數之和超過88是因為某些星座里不止一個形象）。

四問銀河系

銀河系是不是一條河

雖然從非常久遠的古代，人們就認識了銀河系，但是對銀河系的真正認識還是從近代開始的。銀河其實不是一條河，它中間厚、邊緣薄，整體呈扁平盤狀。它的主要部分被稱為銀盤，呈旋渦狀。銀盤外面是由稀疏的恒星和星際物質組成的球狀體，被稱為銀暈。19世紀50年代，人們利用電波觀測發現，銀河系有4條巨型旋臂，分別是矩尺、半人馬-盾牌、人馬與英仙。但是最新的研究顯示，銀河系可能只有2條主旋臂。

銀河系真的很大嗎

銀河系的總質量約是太陽質量的2000億倍，直徑約為8萬光年，中央厚約1.2萬光年，邊緣厚約3000～6000光年。太陽處于主旋臂之間的次旋臂——獵戶臂上，距銀河系中心約3萬光年。

看到這一串串數據，或許你會覺得銀河系實在是太大了，簡直太了不起了。但是在宇宙中，銀河系絕對是個“小不點兒”，在可看見的宇宙中，星系的總數可能超過1000億個，銀河系只是其中之一；而在最近的研究中，科學家們發現，銀河系比以前認為的要輕——它的質量僅是我們“鄰居”仙女座星系質量的一半而已。

地球是在銀河系嗎

銀河系里聚集著1000多億顆恒星，這些恒星都被行星環繞著，其中還飄浮著塵埃、氣體。而我們的地球只是太陽系的一顆行星，太陽系（包括地球和太陽）在獵戶臂靠近內側邊緣的位置上，這個位置恰好是科學家所謂的銀河的生命帶。太陽系每2.25億～2.5億年在軌道上繞行一圈，可稱為一個銀河年，因此以太陽的年齡估算，太陽已經繞行銀河20～25次了。

銀河系會消失嗎

銀河系有一個“孿生妹妹”——仙女星系，由于二者長得很像，一般人不容易分出來。仙女星系距離地球約220萬光年。現在，仙女星系正以每秒300千米的速度朝著“孿生姐姐”不斷靠近，在30億～40億年后可能會撞上銀河系，然后，花上數十億年的時間兩大星系合并成橢圓星系。

知識巧記

1　恒星——想想太陽。

2　行星——想想地球。

3　彗星——想想哈雷。

4　星云——想想獵戶座。

5　衛星——想想月亮。

6　星座——想想大熊。