钱磊：【家长课堂】宇宙的层级（3）

举两个超新星遗迹的例子。一是宋朝时发现的客星，中国古代将突然出现的天体统称为客星。二是蟹状星云，宽度是11个光年。

我们再从整体上梳理一下银河系的组成部分。银河系是一个扁平的圆盘，盘面中间凸起的地方叫做核球，许多球状星团分布在周围，往外是暗物质组成的晕。太阳系在距离银河系中心8.5个千秒差距的地方。在整个银河系的模型中，太阳系只是一个小点。

五、认识可观测宇宙的极限尺度

就像恒星有不同的类别一样，星系也有不同的类别。如，椭圆星系和旋涡星系。银河系是一个旋涡星系。不同类别的星系，大小也不一样。我们是怎么知道这一点的呢？那就是利用刚才提到的三种测距方法，先测出距离，再计算大小。这三种方法中，最方便的是视差法，但也有局限。比如，某个天体离我们足够远的时候，视差就会非常小。这个时候就要利用其他测距方法了，比如标准烛光法。

有一些天体比较特殊，比如造父变星。它的变化周期与绝对亮度之间有密切关系，可以通过测量变化周期，计算出绝对亮度。从而通过标准亮度与表观亮度测算出距离。用造父变星测量出某些天体之后，又可以发现别的标准烛光或者别的标准尺，这样一步一步地把宇宙中不同天体的距离测算出来。所以，对造父变星的测算是天体测距里面非常重要的一步。

别的标准烛光，比如Ia型超新星，它的绝对亮度比较标准。结合其表观亮度，我们就能知道它和我们之间的距离了。知道距离后，通过测量天体的角尺度，就可以知道它的大小。

银河系周围有比较小的星系，比如矮星系，也有比较大的星系，比如一些椭圆星系。也有一些星系带有两个巨大的射电瓣，比银河系要大很多。可见，星系之间的大小差别也非常大。

在10万光年的尺度下，只能看到银河系周围的一小部分。在更大的尺度范围内，可以看到M31或者叫做仙女座星系。银河系、M31和周围其他星系，共同形成了一个星系群，叫做本星系群。有些大的星系在一起，会形成星系团，这比星系群的联系要更加紧密一些。星系团里有各种各样的现象，比如，除了那些看起来形态比较正常的星系以外，还可以看到一些亮的弧形的东西。这是背景星系的图像经过星系团的引力透镜效应以后形成的光弧。以此可以确定星系团中的物质分布。从而，我们发现了一个比较惊人的事实，即我们推测出来的质量要比我们看到的质量大很多，也就是现在认为星系团以及星系里面应该存在暗物质。而暗物质就是那些我们通常看不到、不发光的物质。

在更大的尺度范围内看，星系团是宇宙大尺度结构里的一部分，在这些如同蜘蛛网一样的结构的结点处，会有很多星系聚集在一起，所以我们现在认为星系团应该在这些地方。而在那些不是结点的地方，星系会稍微少一点，但是星系也会相对聚集，形成星系群。蜘蛛网之间非常空，天体很少，这些地方叫做空洞。

宇宙大尺度结构就是这样，像有很多肥皂泡挤在了一起，中间有很多空的地方，肥皂泡交界的地方形成了蜘蛛网，蜘蛛网上面有很多星系，星系或成团分布，或成群分布。另外，现在还无法做到直接观测宇宙的大尺度结构，只是在计算机上进行模拟，但我们相信宇宙是一个均匀且各向同性的时空，在其他区域也应该和我们可观测的这部分宇宙是一样的。

现在我们已经从我们生活的地球到了可观测宇宙的最大尺度。那么，我们再回头看一下。能看到地球和月球的尺度是10万千米。到千万公里的时候，我们就能看到太阳系几颗内行星，如水星、金星、地球、火星，但太阳已经是一个光点了。尺度扩大到10亿千米时，我们能看到一些太阳系靠外的行星，如木星、土星、天王星。到百亿千米时，就可以看到比较靠外的冥王星。

尺度进一步扩大到千亿千米时，就可以看到更靠外的柯伊伯带。虽然这里已经离太阳非常远了，但还没有走出太阳系。尺度变为一个光年时，我们就能看到奥尔特云。到10光年时，可以开始看到太阳周围的恒星。到100光年时，可以看到太阳周围一些更明亮的恒星，甚至可以看到星际的一些介质。

到1000光年时，可以看到太阳周围一些更大的结构，比如，昴星团、毕星团、猎户星云、星际介质，等等。到1万光年时，可以开始看到银河系内旋臂的结构了。到了10万光年时，可以看到比较完整的银河系的形态，以及大小麦哲伦云。到了100万光年，可以看到其他一些围绕着银河系的矮星系了。到了1000万光年时，可以开始看到本星系群，里面包含了银河系、仙女座星系和其他一些小的星系。

到更大的尺度上，可以开始看到宇宙大尺度结构了，就是如蜘蛛网一样的结构。此时标尺为1亿光年。当尺度扩大到10亿光年时，我们就可以看到宇宙更大的结构，可以看到空洞。在更大的尺度上，我们可以看到一个均匀的宇宙，这大概已经到了我们可观测宇宙的极限尺度了。我们已经不能看到更大的区域了，这就是我们现在观测的极限。

以上就是宇宙的层级，从地球到最大的可观测宇宙。虽然可观测宇宙非常大，但是最终还是要回到我们所在的地方。我们在的这个地方就是一个黯淡的小蓝点，和整个宇宙相比，地球非常渺小。但请记住，这就是我们的家园，我们看完宇宙以后还是要回到地球，脚踏实地保护好我们的家园。

（根据宣讲家网报告整理编辑，

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