 人類很早就開始思考宇宙，但一直以來(lái)人們都把地球當(dāng)成是宇宙的中心。然而天文學(xué)家的職責(zé)是要講述另一回事。事實(shí)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(yáng)”的普通恒星運(yùn)行的九大行星之中的一顆。  連同其它已被認(rèn)識(shí)的行星系統(tǒng)，太陽(yáng)帶著它的行星家族與其它兩千多億顆恒星一同位于一個(gè)被稱為星系或恒星系的恒星集團(tuán)中，我們稱這個(gè)星系為銀河系。銀河系又連帶附近的約三十個(gè)星系一起構(gòu)成一個(gè)星系團(tuán)，稱為“本星系（群）”。本星系附近還有幾十個(gè)類似的星系集團(tuán)，這些星系團(tuán)的中心又有一個(gè)由兩千五百多個(gè)星系聚集在一起組成的巨大星系集團(tuán)——室女星系團(tuán)。上述所有這些星系團(tuán)又進(jìn)一步組成了一個(gè)更為巨大的星系系統(tǒng)——本超星系團(tuán)。而在可觀測(cè)的宇宙中，有數(shù)百個(gè)這樣的超星系團(tuán)。
這是距離我們最近的恒星：太陽(yáng)。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?yàn)槲覀兩硖庛y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(gè)衛(wèi)星系的照片。它是離我們最近的河外星系
這是一個(gè)小型星系團(tuán)，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(lái)(HST)
 當(dāng)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(duì)論的時(shí)候，就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，他的學(xué)說將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)震撼人心的預(yù)言：宇宙在膨脹。在那時(shí)，大多數(shù)天文學(xué)家都認(rèn)為宇宙一直是那樣的，它不會(huì)隨時(shí)間改變的。 一個(gè)膨脹著的宇宙意味著一件事：宇宙必然有一個(gè)開端。那就勢(shì)必會(huì)引出一個(gè)問題：在宇宙開端之前有物質(zhì)存在嗎？在廣義相對(duì)論提出之前兩年，美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗就已經(jīng)通過測(cè)量幾個(gè)旋渦星系（那時(shí)候還叫“星云”）的紅移得出了一個(gè)結(jié)論，即這些星系都在退行。一九二四年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃觀測(cè)了仙女座大星系和其他一些旋渦星系，并測(cè)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(yuǎn)離我們而去，星系離得越遠(yuǎn)，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(cè)結(jié)果不斷地修正著哈勃常數(shù)。 事實(shí)上，沒有理由可以讓我們認(rèn)為銀河系是宇宙中的一個(gè)靜止不動(dòng)的星系。因?yàn)闊o(wú)論觀測(cè)者處在哪一個(gè)星系中觀測(cè)，都會(huì)得出相同的結(jié)論——其它所有的星系都在遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)，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(gè)時(shí)刻，宇宙就應(yīng)該是一個(gè)處于極端高密狀態(tài)的點(diǎn)。據(jù)此還可以推算出宇宙的年齡。根據(jù)目前的估計(jì)，宇宙的年齡約為一百二十億至一百五十億年間。 引力對(duì)宇宙的未來(lái)有深遠(yuǎn)的影響。如果宇宙中沒有足夠多的物質(zhì)，它將從逐漸增長(zhǎng)的速度永遠(yuǎn)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(yuǎn)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(shí)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(lái)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡在伽瑪射線大爆發(fā)之后一個(gè)月拍攝到一個(gè)神秘“火球”，科學(xué)家們對(duì)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(yuǎn)鏡拍攝(HST)
 從宇宙的膨脹可以得出一個(gè)結(jié)論，即宇宙起源于一次時(shí)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(gè)公共的起點(diǎn)出發(fā)向外運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)。 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(rèn)為，隨原始火球的膨脹和冷卻，其余輝會(huì)充滿整個(gè)宇宙，并以絕對(duì)溫度3K的微小輻射形式表現(xiàn)出來(lái)。在3K的溫度下，所有分子都將停止運(yùn)動(dòng)。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(gè)預(yù)言是：在質(zhì)子、中子和電子從原始火球中凝聚出來(lái)時(shí)，每產(chǎn)生三個(gè)氫原子，就必然同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)氦原子。近來(lái)對(duì)宇宙中元素相對(duì)豐度的測(cè)量顯示宇宙中氫原子和氦原子的比較確實(shí)是三比一。宇宙大爆炸學(xué)說的其他一些觀點(diǎn)在最近也都先后得到了證實(shí)。 然而問題并沒有最終解決，無(wú)論根據(jù)今天的哪一種學(xué)說，都要求物質(zhì)從一無(wú)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(gè)使天體物理學(xué)家深感困惑的問題。 |
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