 人類很早就開始思考宇宙，但一直以來人們都把地球當成是宇宙的中心。然而天文學(xué)家的職責是要講述另一回事。事實上，地球在宇宙中的地位要比人們想象的還要低下得多：它只不過是一顆行星，只是圍繞著一顆稱為“太陽”的普通恒星運行的九大行星之中的一顆。  連同其它已被認識的行星系統(tǒng)，太陽帶著它的行星家族與其它兩千多億顆恒星一同位于一個被稱為星系或恒星系的恒星集團中，我們稱這個星系為銀河系。銀河系又連帶附近的約三十個星系一起構(gòu)成一個星系團，稱為“本星系（群）”。本星系附近還有幾十個類似的星系集團，這些星系團的中心又有一個由兩千五百多個星系聚集在一起組成的巨大星系集團——室女星系團。上述所有這些星系團又進一步組成了一個更為巨大的星系系統(tǒng)——本超星系團。而在可觀測的宇宙中，有數(shù)百個這樣的超星系團。
這是距離我們最近的恒星：太陽。它只是銀河系約兩千億顆恒星中極為普通的一顆
銀河系。因為我們身處銀盤之中，所以只能從側(cè)面看它
這是本星系群成員仙女座大星系M31和它的兩個衛(wèi)星系的照片。它是離我們最近的河外星系
這是一個小型星系團，稱為HCG87。它們受到彼此引力的相互作用(HST)
仙女座大星系M31的橢圓衛(wèi)星系NGC205和M32，它們都是本星系群的成員
離地球約一百三十億光年的星系群。引力透鏡現(xiàn)象使躲在前方星系背后的星系圖像被顯現(xiàn)出來(HST)
 當理論物理學(xué)家愛因斯坦一九一五年在創(chuàng)新立他的廣義相對論的時候，就已經(jīng)認識到，他的學(xué)說將會導(dǎo)致一個震撼人心的預(yù)言：宇宙在膨脹。在那時，大多數(shù)天文學(xué)家都認為宇宙一直是那樣的，它不會隨時間改變的。 一個膨脹著的宇宙意味著一件事：宇宙必然有一個開端。那就勢必會引出一個問題：在宇宙開端之前有物質(zhì)存在嗎？在廣義相對論提出之前兩年，美國天文學(xué)家斯萊弗就已經(jīng)通過測量幾個旋渦星系（那時候還叫“星云”）的紅移得出了一個結(jié)論，即這些星系都在退行。一九二四年，美國天文學(xué)家哈勃觀測了仙女座大星系和其他一些旋渦星系，并測定了它們的紅移。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些四面八方的星系都在遠離我們而去，星系離得越遠，退行的速度就越快。星系距離與退行速度之間的關(guān)系就是“哈勃定律”。由此定律得出的星系退行率就是“哈勃常數(shù)”，即宇宙膨脹的速率。人們根據(jù)新獲得的觀測結(jié)果不斷地修正著哈勃常數(shù)。 事實上，沒有理由可以讓我們認為銀河系是宇宙中的一個靜止不動的星系。因為無論觀測者處在哪一個星系中觀測，都會得出相同的結(jié)論——其它所有的星系都在遠離而去。根據(jù)愛因斯坦的理論，膨脹宇宙中的星系本身并不運動，而是星系間的空間在膨脹。如果的確是這樣的話，那么在過去的某個時刻，宇宙就應(yīng)該是一個處于極端高密狀態(tài)的點。據(jù)此還可以推算出宇宙的年齡。根據(jù)目前的估計，宇宙的年齡約為一百二十億至一百五十億年間。 引力對宇宙的未來有深遠的影響。如果宇宙中沒有足夠多的物質(zhì)，它將從逐漸增長的速度永遠膨脹下去，這樣的宇宙被稱為“開放宇宙”；如果質(zhì)量過大，引力最終將阻止其膨脹，使宇宙又收縮而形成一次大“坍縮”，這就是“閉合宇宙”。如果質(zhì)量大小正好合適，宇宙也將永遠繼續(xù)膨脹下去，但速度要慢一些。這種情況下，宇宙是平坦的，處于開放和閉合之間的平衡狀態(tài)。 
處于演化的不同時期的橢圓星系和旋渦星系(HST)
數(shù)十億年前的星系群圖像，很多旋渦星系因宇宙形成初期星系過于密集而失去了原有的外觀(HST)
來自一百億光年外星系的超新星1999ff的爆發(fā)為科學(xué)家們尋找宇宙演化的證據(jù)提供了幫助(HST)
哈勃太空望遠鏡記錄了一次宇宙中的伽瑪射線大爆發(fā)，箭頭所指為產(chǎn)生爆發(fā)的星系(HST)
哈勃太空望遠鏡在伽瑪射線大爆發(fā)之后一個月拍攝到一個神秘“火球”，科學(xué)家們對此深感困惑(HST)
這是伽瑪射線爆發(fā)星系的光學(xué)圖片，由哈勃太空望遠鏡拍攝(HST)
 從宇宙的膨脹可以得出一個結(jié)論，即宇宙起源于一次時間、空間、物質(zhì)和能量的大爆炸。宇宙膨脹的方式有兩種不同的可能性：一種是一切物質(zhì)從一個公共的起點出發(fā)向外運動，即發(fā)生了大爆炸；另一種則是在空間膨脹過程中不斷有新物質(zhì)在星系空間產(chǎn)生。后一種即穩(wěn)恒態(tài)理論所持的觀點。 假如大爆炸的確發(fā)生過，那么我們應(yīng)該能夠找到一些與之有關(guān)的證據(jù)。大爆炸宇宙學(xué)認為，隨原始火球的膨脹和冷卻，其余輝會充滿整個宇宙，并以絕對溫度3K的微小輻射形式表現(xiàn)出來。在3K的溫度下，所有分子都將停止運動。這一微波背景輻射證據(jù)在一九六五年已被找到。該學(xué)說的另一個預(yù)言是：在質(zhì)子、中子和電子從原始火球中凝聚出來時，每產(chǎn)生三個氫原子，就必然同時產(chǎn)生一個氦原子。近來對宇宙中元素相對豐度的測量顯示宇宙中氫原子和氦原子的比較確實是三比一。宇宙大爆炸學(xué)說的其他一些觀點在最近也都先后得到了證實。 然而問題并沒有最終解決，無論根據(jù)今天的哪一種學(xué)說，都要求物質(zhì)從一無所有之中產(chǎn)生，這真是太不可想象了。迄今為止這仍然是一個使天體物理學(xué)家深感困惑的問題。 |
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