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當代天文學的研究成果表明,宇宙是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。

1層次結構

行星是最基本的天體系統。太陽系中共有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星(冥王星已被從行星里開除,降為矮行星。)除水星和金星外,其他行星都有衛星繞其運轉,地球有一個衛星:月球,土星的衛星最多,已確認的有17顆。行星、小行星、彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽系。太陽占太陽系總質量的99.86%,其直徑約140萬千米,最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米。有證據表明,太陽系外也存在其他行星系統。2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體系統——銀河系。銀河系中大部分恆星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內,從側面看很像一個「鐵餅」,正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年,太陽位於銀河系的一個旋臂中,距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體系統,稱為河外星系,常簡稱星系。現已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團,叫星系團。平均而言,每個星系團約有百餘個星系,直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團,只有少數超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。本超星團(超星系團)構成的絲狀結構是宇宙中目前已知的最大結構,一個典型的絲狀結構的長度是70至150百萬光年,絲狀結構與空洞構成長城,空洞指的是絲狀結構之間的空間,空洞與絲狀結構一起是宇宙組成中最大尺度的結構。空洞中只包含很少或完全不包含任何星系。一個典型的空洞直徑大約為11至150個百萬秒差距,長城是目前所知宇宙中被觀察到的最巨大非結構,其中史隆長城是目前所知最長的長城,距離地球約10億光年,長達13.7億光年,其次是CFA2長城。天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣闊空間,它稱為總星系。

2微觀結構

質子、中子和電子組成原子

  質子、中子和電子組成原子

宇宙由星系的巨大超星系團構成,星系周圍是大團看不見的空蕩蕩的太空。每個星系又包含了數以十億計的恆星,構成這些恆星的物質是一些小得看不見的粒子。質子、中子和電子是最
宇宙結構
普通的粒子,它們通常以原子的形式結合在一起。質子和中子由更小的粒子構成,它叫做夸克。
基本力
我們的宇宙由四種力或它們之間的相互作用支配,這四種力即引力、電磁力、強核力和弱相互作用力。這些作用力是由一團粒子帶來的,這團粒子叫規範玻色子,它們在構成物質的粒子之間相互交換。物理學家一直試圖證明這四種力也許實際上源自於一種單一的基本力。

四種力的規範玻色子-模型圖

四種力的規範玻色子-模型圖
引力
引力是一種既能將星繫結合起來,又能引起一根針下落的力。兩個物體的質量越大、相互越靠近,它們之間的吸引力就越強。許多科學家認為,引力是由一種叫做重力子的粒子攜帶的,但至今沒有人在任何實驗中找到它們。
磁力
電磁力作用於所有帶電荷的粒子之間,比如電子。作用於固體原子和分子之間的電磁力使固體具有硬度,這種力也具有磁性和發光的特性。攜帶電磁力的粒子叫光子,它也是產生光線的粒子。
強核力
強核力存在於一個原子的原子核(核)內,它把原子內的中子和帶正電荷的質子結合在一起(質子經常試圖互相推開,如果沒有強核力,它們將相互飛開)。載有強核力的粒子叫做膠子。
弱相互作用
弱相互作用引起放射性衰變(原子的原子核破裂),稱為貝塔衰變。放射性的原子不穩定,是因為它的原子核容納了太多的中子,當貝塔衰變發生時,一個中子變成一個質子,釋放出電子(這種情況下稱為β粒子)。弱相互作用是由W粒子和Z粒子傳遞的。
普適規則
許多年來,物理學家們試圖用單一的科學定理來解釋宇宙的運動,他們正向著「普適規則」方向進行研究。「普適規則」認為所有力中引力、電磁力、強核力、弱相互作用力都是相互關聯的,並且指出所有亞原子微粒可能都是由一種基本粒子產生的。

3宏觀結構

「宇宙是有限的還是無限的?有沒有中心有沒有邊?有沒有生老病死有沒有年齡?」這些恐怕是自從有人類的活動以來一直被關心的問題。為了有一個更清楚的答案,讓我們先來看看它的組成和結構吧。宇宙中的天體絢麗多彩,表現出了極高的層次性。
(1) 行星
我們居住的地球是太陽系的一顆大行星。太陽系一共有八顆大行星和一顆矮行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。矮行星為冥王星(根據2006年8月24日國際天文學民間聯合會大會的決議,以4%通過:冥王星被視為是太陽系的「矮行星」,不再被視為大行星)。除了大行星以外,還有60多顆衛星、為數眾多的小行星、難以計數的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的,是人們了解的較多的天體。那麼,除了這些以外,茫茫宇宙空間還有一些什麼呢?
(2) 恆星和星雲
晴夜,我們用肉眼可以看到許多閃閃發光的星星,他們絕大多數是恆星,恆星就是象太陽一樣本身能發光發熱的星球。我們銀河系內就有1000多億顆恆星。恆星常常愛好"群居",有許多是"成雙成對"地緊密靠在一起的,按照一定的規律互相繞轉著,這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恆星聚在一起,稱為聚星。如果是十顆以上,甚至成千上萬顆星聚在一起,形成一團星,這就是星團。銀河系裡就發現1000多個這樣的星團。
在恆星世界中還有一些亮度會發生變化的星-變星。它們有的變化很有規律,有的沒有什麼規律。已發現了2萬多顆變星。有時候天空中會突然出現一顆很亮的星,在兩三天內會突然變亮幾萬倍甚至幾百萬倍,我們稱它們為新星。還有一種亮度增加得更厲害的恆星,會突然變亮幾千萬倍甚至幾億倍,這就是超新星。
除了恆星之外,還有一種雲霧似的天體,稱為星雲。星雲由極其稀薄的氣體和塵埃組成,形狀很不規則,如有名的獵戶座星雲。
在沒有恆星又沒有星雲的廣闊的星際空間里,還有些什麼呢?是絕對的真空嗎?當然不是。那裡充滿著非常稀薄的星際氣體、星際塵埃、宇宙線和極其微弱的星際磁場。隨著科學技術的發展,人們必定可以發現越來越多的新天體。
(3) 銀河系及河外星系
隨著測距能力的逐步提高,人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙的結構建立了立體的觀念。這裡第一個重要的發展,是認識了銀河。它包含兩重含義,一是了解了銀河的形狀,二是認識了河外天體的存在。
銀河系是太陽所屬的一個龐大的恆星集團,約包括1.6×10的11次方顆恆星。這種恆星集團叫星系。銀河系中大部分恆星分佈成扁平的盤狀。盤的直徑為25kpc(千秒差距,1秒差距=3.26光年=3.09億億米),厚度約為2kpc。盤的中心有一球狀隆起,稱為核球。盤的外部由幾條旋臂構成。太陽位於其中一條旋臂上,距離銀心約7kpc。銀盤上下有球狀的延展區,其中恆星分佈較稀疏,稱為銀暈。暈的總質量約佔整體的10%,直徑約為30kpc。我們的太陽,就其光度,質量和位置講,都只是銀河系中一個極普通的成員。
此外重要的是,並非天穹上一切發光體都是銀河系的一部分。設想有一個類似銀河系的恆星集團,處於500kpc的距離上(銀河自身大小為30kpc)。其表觀亮度與2pc遠處一顆類似太陽的恆星是一樣的。因此對天穹上的某個光點,只有測定它的距離,才能區分它是銀河系內的恆星還是銀河系外的另一個星系。實際上,天穹上的大多數光點是銀河系的恆星,但也有相當大量的發光體是與銀河系類似的巨大恆星集團,歷史上曾被誤認為是星雲,我們稱它們為河外星系,已知道存在1000億個以上的星系,著名的仙女星系、大小麥哲倫星雲就是肉眼可見的河外星系。星系的普遍存在,表明它代表宇宙結構中的一個層次,從宇宙演化的角度看,它是比恆星更基本的層次。
星系的質量差別很大。銀河系的質量約為1011M⊙(太陽質量單位)。在明亮的星系中,這是典型的大小。質量很小的星系太暗,不易看到。小星系的質量可低達106M⊙。星系的典型尺度為幾十千秒差距。若對視星等在23等以內的星系作統計,星系總數在109以上。
20世紀60年代以來,天文學家還找到一種在銀河系以外象恆星一樣表現為一個光點的天體,但實際上它的光度和質量又和星系一樣,我們叫它類星體,已發現了數千個這種天體。
(4) 星系團
當我們把觀測的尺度再放大,宇宙可看成由大量星系構成的"介質",而恆星只是星系內部細緻結構的表現。這樣,為了了解宇宙結構,需關心星系在空間的分佈規律。
星系的空間分佈不是無規的,它也有成團現象。上千個以上的星系構成的大集團叫星系團。大約只有10%星系屬於這種大星系團。大部分星系只結成十幾、幾十或上百個成員的小團。可以肯定的是,星系團代表了宇宙結構中比星系更大的一個新層次。這層次的尺度大小為百萬秒差距,平均質量是星系平均質量的100倍。
(5)大尺度結構
人們把10Mpc以上的結構稱為宇宙的大尺度結構(觀測到的宇宙的大小是104Mpc)。大尺度上的觀測事實遠不是十分明確的。有趣的是,有跡象表明,星系在大尺度上的分佈呈泡沫狀。即有許多看不到星系的"空洞"區,而星系聚集在空洞的壁上,呈纖維狀或片狀結構。這一層次的結構叫超星系團。它的典型尺度為幾十兆秒差距。
從演化理論來考慮,尺度大到一定程度,應不再有結構存在。這是否符合事實,以及這尺度多大,都是十分重要,並需要有大尺度觀測來回答的問題。現今對宇宙在50Mpc以上是否還有顯著的結構現象存在,正是人們熱烈爭論中的焦點。
總之,若把星系看成宇宙物質的基本單元,那麼星系的分佈狀況就是宇宙結構的表現。現在看來,直至50Mpc的尺度為止,星系的分佈呈現有層次的結構。這就是我們對宇宙面貌的基本認識。

4微觀分析

宇宙到底是什麼結構,科學家至今沒有搞清楚。一般解釋大多是從物理學的角度來分析。
如果從化學的角度來分析,你會發現一個很有趣的現象,我們不仿從已有的知識拓展開來,變換一個
宇宙結構
思路,來重新解釋宇宙的結構。
從微觀上講:我們知道,物質最基本的微粒是分子,而分子是由不同元素的原子結合而成,比如一個水分子是由2個氫原子和一個氧原子組成的。原子是由原子核和圍繞原子核高速旋轉的電子組成的,原子核是由質子和中子組成……,質子和中子可以再分成夸克。無數的分子組成到一起就是我們肉眼能看得見的物質。物質當中有生命的,我們叫它是生物組織……不管它的結構如何,都是由原子——分子組成的。一個生命體中(比如一個細胞)包含有許多不同的物質,這些物質的組成又包含不同的原子。自然界的千千萬萬種物質的結構都是這樣的。

5宏觀分析

我們再從宏觀上來看,太陽系是由發光發熱的巨大的核反應堆和圍繞太陽旋轉的幾大行星組成,太陽系中的行星,都是圍著太陽旋轉的,不難發現,這種結構與原子的結構何其相似!銀河系的結構正像是我們了解的其它物質一樣,如果我們以更大的視點來看它,說它是某個巨型物質的一個分子或是一個組織細胞不是也很確切嗎?
於是我們大膽設想一下,宇宙可能是一個巨大的生命體,我們這個星球乃至太陽
宇宙結構
系乃至銀河系,只不過是這個巨大生命體中的一個組織或者某一個細胞中的一個基本元素,就像物質中的一個原子一樣。
人體中的一個組織細胞,從出生時候就已經決定了它所在的位置,比如一個肝細胞,如果以它自身的能量,想從肝臟移動到心臟,是不可能的,因為它絕沒有這個本領,但是作為醫生——人來說,想把身體中的某一個部分移動到另一個位置,排除生命體征本身,幾乎是輕而易舉的。因為肝細胞相對於人體來說,無論從質量、大小、能量等等都是無法比擬的,它只能待在它應該待的地方,如果從人對細胞的角度來說,那就相當於我們人類與幾千萬光年以外的地方相比,可望而不可及。
然而,至今我們無法知道宇宙有多大,科學家的解釋或許是有道理的,他們說,宇宙還在不斷地膨脹……這也許能證明宇宙這個巨大的生命體,正在少年時期,還在不斷地成長發育。
與愛因斯坦的相對論並不矛盾,我們的星球相對於這個巨大的生命體來說,實在是太小了,小到可以認為是一個原子,太陽系也不過是這個生命體中的一個小小的細胞,因此,我們無論如何也不可能看到它的邊緣,就象那個肝細胞永遠不會「看」到我們皮膚之外的空間一樣。
或許,這個巨大的生命體不只是個體一個,它只不過是眾多生命體中的一員,更多的我們甚至都無法想像了。這就是我們的宇宙……從原子結構到分子構成再到物質結構給我們的啟示。
那麼,宇宙中的黑洞我們怎樣來解釋呢?假設,宇宙中的黑洞就像我們人體中的血管一樣,試想,一個細胞或者一個極小的分子假如一旦落入了血管中,那會是怎樣的情形呢?此時這個細胞或組織就根本無法左右自己了,對於它來講,這個速度就像我們想像的光速一樣是不可能達到的。

6黑洞形成

跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恆星演化而來的。
當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),由中心產
微型黑洞

  微型黑洞

生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最後形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
質量小一些的恆星主要演化成白矮星,質量比較大的恆星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算,中子星的總質量不能大於三倍太陽的質量。如果超過了這個值,那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了,從而引發另一次大坍縮。
這次,根據科學家的猜想,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直至成為一個體積很小、密度趨向很大。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恆星與外界的一切聯繫——「黑洞」誕生了。
除星體的終結可能產生黑洞外,還有一種特殊的黑洞——量子黑洞。這種黑洞很特殊,其史瓦西半徑很小很小,能達到十的負二十幾次方米,比一個原子還要小。與平常的黑洞不同,它並不是由很大質量的星體塌縮而形成的,而是原子塌縮而成的,因此只有一種條件下才會創造量子黑洞——大爆炸。在宇宙創生初期,巨大的溫度和壓力將單個原子或原子團壓縮成為許多量子黑洞。而這種黑洞幾乎是不可能觀測到或找到的,它只存在於理論中。

7古代學說

把宇宙作為一個整體,探討我們所居住的大地在其中所處的位置,即天和地的關係,叫宇宙結構理論。在中國古代,天體學說有所謂論天六家:即蓋天、渾天、宣夜、昕天、穹天、安天。其中主要有三家:即蓋天、渾天、宣夜。昕天基本上屬於蓋天體系,穹天是蓋天說的翻版,安天則是宣夜的發展。
蓋天說出現於殷末周初。主要觀點為天在上,地在下,天為一個半球形的大罩子。南北朝時代鮮卑族歌手斛律金《敕勒歌》中「天似穹廬,籠蓋四野」兩句詩,是對蓋天說的形象化說明。蓋天說一共有兩種。
蓋天說示意圖

  蓋天說示意圖

第一種蓋天說即「天圓地方「說。《晉書·天文志》中說:「周髀家云:『天員(圓)如張蓋,地方如棋局。』」關於方形的大地,戰國時代陰陽家齊人鄒衍解釋說,上有九個州,中國是其中之一,叫赤縣神州,每個州四周環繞著一個稗海。九州之外,還有一個大瀛海包圍著,一直與下垂的天的四周相連接。穹廬般的天穹有一個極(這個極實際上是地球自轉軸正對這一點),天就象車軲轆一樣繞著這個「極」旋轉不息。天圓地方說的最大破綻,就是半球形的天穹和方形大地之間不能吻合。迫使其修改為:天並不與地相接,而是象一把大傘一樣,高懸在大地上空,有繩子縛住它的樞鈕,周圍有八根在柱子支撐著。天空有如一座頂部為圓拱的涼亭。《列子·湯問》篇中所說的共工觸倒的那個不周山,就是八根擎天柱之一,所以女媧便出來鍊石補天。天圓地方說提出的宇宙模型,只是憑感性的觀察,又摻入了許多規定的。但在中國歷史上卻有廣泛影響,符合儒家關於「天尊地卑」的說教,在封建王朝的天地理論體系中佔據正統地位。如北京的天壇,是圓形的;地壇,是方形的。這是天圓地方的象徵性模型。
第二種蓋天說將方形大地改為拱表大地,即《晉書.天文志》中所說的「天象蓋笠,
第二次蓋天說示意圖

  第二次蓋天說示意圖

地法覆盤。」第二種蓋天說已經有了拱形大地的設想,為以後球形大地的認識奠定了基礎。便它仍然不能解釋天體的運行,如太陽的東升西落和月亮的盈虧等問題。
渾天說主張大地是個球形,外裹著一個球形的天穹,地球浮於天表內的水上。漢代天文學家張衡在《渾天儀圖注》中說:「渾天如雞子,天體圓如彈丸,地如雞子中黃,孤居於天內,天大而地小。天表裡有水,天之包地,猶殼之裹黃。天地各乘氣而立,載水而浮。天轉如車轂之運也,周旋無端。其形渾渾,故曰渾天。」渾天說始於戰國時期,戰國人慎到、惠施都提出過關於球形大地的設想。關於球形大地如何懸在空中,最早的渾天說認為天球里盛滿水,地球浮在水面。半邊天在地上,半邊天在地下。日月星辰附在天殼上,隨天周日旋轉。後來一些渾天論者紛紛反對地球浮於水面的說法。明代章潢《圖書編·天地總論》中說:「《隋書》謂日入水中,妄也。水由地中行,不離乎地,地之四表皆天,安得有水? 謂水浮天載地,尤妄也。」
隨著元氣體論的發展,渾天說改為地球浮於氣中,與氣天相似。宋張載《正蒙.參兩篇》中說「地在氣中」。渾天說比起蓋天說來,無疑要進步得多。渾天說與球面天文學的基本出發點完全一致,對於觀測天文學來說,也能充分滿足要求。但是,作為宇宙結構理論來說,渾天說則是不符合事實的
渾天說示意圖

  渾天說示意圖

。天球的概念完全是個臆想的概念。
宣夜說認為「天」並沒有一固定的天穹,而只不過是無邊無涯的氣體,日月星辰就在氣體中飄浮遊動。關於宣夜說的命名,清代鄒伯奇說:「宣勞午夜, 斯為談天家之宣夜乎?」宣夜說之得名,是因為觀測星星常常鬧到夜半不睡覺。宣夜說的歷史淵源,可上溯到戰國時代的莊子。《莊子·逍遙遊》:「天之蒼蒼,其正色邪?其遠而無所有至極邪?」用提問的方式表達了自己對宇宙無限的猜測。宣夜說自然觀的基礎是元氣學說。戰國時代宇宙無限的猜測。宣夜自然觀的基礎是元氣學說。戰國時代道有中的宋尹學派,把宇宙萬事萬物的本源歸結為「氣」。這氣可以上為日月星辰,下為山川草木。在這方面,宣夜說有重大發展。三國時代的宣夜說學者楊泉在《物理論》中說:「夫天,元氣也,皓然而已,無他物焉。「他還進一步論證說:「夫地有形而天無全。譬如灰焉,煙在上,灰在下也。」
宣夜說的進一步發展,還牽涉到天體的物理性質問題。據《列子·天瑞》篇記載,有位杞國人聽說日月星辰是在天空飄浮的,便「憂天地崩墜,身無所寄,廢寢食者。」這便是成語故事杞人憂天的由來。勸杞人的人,還提出了不但天空充滿氣體,連日月星辰也是氣體,只不過是發光的氣體。後來的宣夜說學者又進而提出地球會壞,天地也會壞,但是用不著擔憂。就其宇宙結構理論來說,宣夜說確實達到了較高水平,它提出了一個樸素的無限宇宙觀。但是,從觀測天文學的角度來看,宣夜說卻不如渾天說的價值大。渾天說能夠近似地說明太陽和月亮的運行,宣夜說只能指出它們運行的不同,卻沒有探討其運行的規律性。修訂曆法時,渾天說有很重要的實用意義,宣夜說卻僅僅具有理論意義。但在人類認識宇宙的歷史上,宣夜說無疑應有重要意義。

8三維圖

2006年05月24日新浪科技訊 俄羅斯滾動新聞網5月23日消息,據《新科學家》雜誌刊文稱,兩個不同的科研小組日前同時繪製出了迄今最為完整的三維宇宙圖。
左邊是二維宇宙圖,右邊是三維宇宙圖

  左邊是二維宇宙圖,右邊是三維宇宙圖

來自加拿大英屬哥倫比亞大學的科研小組在其繪製的宇宙圖上表現出了一百多萬個星系,其中最遠 的距離地球有五十億光年。在另一幅圖上,來自美國普林斯頓大學的天文學家們則展示出了約六十 多萬個星系。
在這兩張宇宙圖的繪製過程中,科學家們都使用了「斯隆數字天空觀測」(Sloan Digital Sky Survey)項目所獲取的觀測資料。不過,為了繪製出更為精確的三維圖,科學家們需要知道圖中每一 個天體與地球之間的距離。光譜分析法就是測量地球與遙遠天體之間距離的方法之一。而要對圖中 的所有星系都進行光譜分析當然是一
最詳細的宇宙三維圖像

  最詳細的宇宙三維圖像

項勞動量繁重而且代價極其高昂的任務。
在研究宇宙間星系的分佈情況時研究人員還得出結論稱,在廣袤的宇宙空間還存在著眾多延伸開來 超過十億光年的龐大天體結構。早些時候天文學家們對宇宙微波背景輻射的研究就已經得出類似的 結論。這一結果再次證明,宇宙絕大部分是由潛藏的物質和暗能量構成的,人們平時能觀察到的普通物質只佔宇宙物質總量的很小比例。

9宇宙未來

根據現代宇宙學中最有影響的大爆炸學說,我們的宇宙是大約150億年前由一個非常小的點爆炸產生的,宇宙仍在膨脹。這一學說得到大量天文觀測的證實。
這一學說認為,宇宙誕生初期,溫度非常高,隨著宇宙的膨脹,溫度開始降低,中子、質子、電子產生了。此後,這些基本粒子就形成了各種元素,這些物質微粒相互吸引、融合,形成越來越大的團塊,這些團塊又逐漸演化成星系、恆星、行星,在個別的天體上還出現了生命現象,能夠認識宇宙的人類最終誕生了。
關於宇宙的結構和未來,這一學說認為,如果宇宙總質量大於某一臨界質量,那麼宇宙的結構是球形的,並且總有一天會在引力作用下收縮;如果宇宙總質量小於臨界質量,那麼宇宙的結構是馬鞍形的,宇宙內部的引力無法抵消宇宙膨脹的速度而使宇宙一直膨脹下去;如果宇宙總質量恰好等於臨界質量,那麼宇宙的結構是平坦的,宇宙也將像現在這樣一直膨脹下去。
宇宙的結構實際上是時間和空間的結構,普通人很難想像。不過科學家提出一個衡量宇宙結構的標準:如果兩束平行光線越來越近,那麼宇宙結構是球形的;如果兩束平行光線越來越遠,那麼宇宙結構是馬鞍型的;如果兩束平行光線永遠平行下去,那麼宇宙結構則是平坦的。平坦宇宙的結構可以用歐幾里德幾何解釋。
宇宙結構是平坦的這一結論是參加「銀河系外毫米波輻射和地球物理氣球觀測項目」的多國科學家得出的。這一項目的目的是研究宇宙背景輻射的詳細情況。科學家在1998年底將一些射電天文望遠鏡放置在氦氣球頂部,隨氦氣球上升到距地面約40公里的高空,在那裡對特定宇宙區域進行了11天的觀測,獲得了迄今關於宇宙早期輻射最詳實的數據。
經過研究,科學家發現,在大尺度上,宇宙最初發出的光線並沒有發生彎曲現象,也就是說當初的兩束平行光線一直保持平行狀態,這說明宇宙結構是平坦的,也就是說宇宙總質量恰好等於臨界質量,宇宙將像現在這樣一直膨脹下去。
早在1965年,科學家就已探測到宇宙空間中均勻分佈著的宇宙背景輻射,其溫度為零下270攝氏度。大爆炸學說認為,這種輻射是宇宙大爆炸后的「餘燼」。 從這些「餘燼」中,科學家可以推測大爆炸初期的情景。1991年,美國宇宙背景探測衛星發現,宇宙背景輻射中存在著微小溫度波動,如同在「餘燼」中閃動著的微弱「火光」,這表明那時宇宙內已存在密度非常小的物質雲團。正是這些雲團逐漸收縮形成了後來的星系。「銀河系外毫米波輻射和地球物理氣球觀測項目」是在該衛星發現的基礎上進行觀測的。
此外,分別於1990年4月和1991年4月進入太空的「哈勃」天文望遠鏡和伽馬射線探測器以及其他一些觀測儀器也對宇宙的結構和演化進行了觀測,取得了大量成果。這些成果較為一致地認為宇宙將一直膨脹下去。
人類對宇宙誕生和演化的觀測研究剛剛起步,關於宇宙結構和未來的推測也僅僅是初步結論。未來幾年,科學家計劃發射兩顆衛星更精確地觀測宇宙早期輻射的情況,此外,科學家還將採取其他多種手段觀測宇宙,宇宙誕生和結構之謎將被進一步揭開。(新華社)
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