[科普中國(guó)]-宇宙制圖

基本信息

丹尼爾·愛森斯坦（Denial Eisenstein），哈佛大學(xué)宇宙學(xué)博士，現(xiàn)在亞利桑那大學(xué)出任助教，宇宙“地圖”繪制工作的主要負(fù)責(zé)人。丹尼爾·愛森斯坦和他的研究小組正在著手繪制的宇宙3D圖有可能告訴我們宇宙的真相——它的基本形狀、起源和結(jié)構(gòu)狀況。

據(jù)愛森斯坦介紹，這張宇宙“地圖”將以銀河系為中心，涵蓋半徑80 億光年范圍內(nèi)的所有星群，包含差不多2 億個(gè)星系，雖然這些星系在地圖上看，可能只是發(fā)著紅光、綠光或白光的點(diǎn)，但大多數(shù)星系都要比銀河系大很多。這張“地圖”很有可能成為一次關(guān)于“宇宙大發(fā)現(xiàn)”的劃時(shí)代變革的啟蒙，不過，這項(xiàng)繪制工作才剛剛開始。

詳細(xì)信息這個(gè)“地圖”繪制工作，是一個(gè)多年跨國(guó)合作項(xiàng)目的第三部分。整個(gè)計(jì)劃叫做“斯隆數(shù)字天空勘測(cè)計(jì)劃”，按照愛森斯坦的話來說，這是人類有史以來最為宏偉的一次探天行動(dòng)。這項(xiàng)計(jì)劃以投資方阿爾弗雷德·斯隆基金會(huì)的名字命名，致力于最大限度地勘測(cè)宇宙，包括星體的運(yùn)行及定位、星系的形成及結(jié)構(gòu)、各種天體甚至暗物質(zhì)的屬性，以及更加深入地試探宇宙的秘密，包括如何開始、以何種狀態(tài)存在等問題。

愛森斯坦和他的同事們被外界稱為“宇宙制圖師”。給宇宙制圖，分析數(shù)據(jù)是一項(xiàng)艱難的工作。我們不可能站在宇宙之外繪制這份“地圖”，所以只能嚴(yán)格依靠數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)構(gòu)模式來繪制這份地圖，這將是一張“由內(nèi)而外”產(chǎn)生出來的地圖。

愛森斯坦相信最終繪制成功的地圖將向人們展示宇宙的基本形狀，甚至包括由于宇宙大爆炸形成的波浪狀的立體景觀。在無(wú)限廣闊的宇宙邊緣，混亂將趨向有序，不規(guī)則將趨向規(guī)則，30 億光年的尺度上是無(wú)序的，但也許在更大的尺度上，規(guī)則可以呈現(xiàn)端倪，比如，在這幅地圖上。

“地圖”尚未完成，所以一起來期待繪制成功的“地圖”將向人類呈現(xiàn)出怎樣的宇宙圖景。

宇宙形狀目前的宇宙理論認(rèn)為宇宙可能是類似馬鞍狀的負(fù)彎曲形狀，該理論源于宇宙大爆炸理論，整個(gè)宇宙的外形如同一個(gè)吹起的氣球，我們則生活在宇宙的“表面”。

同時(shí)，科學(xué)家也認(rèn)為宇宙是平坦的，根據(jù)美國(guó)宇航局的調(diào)查，宇宙可能是平坦的，2013年的調(diào)查發(fā)現(xiàn)如果宇宙是平坦的，那么誤差只有0.4%。

斯蒂芬·霍金表示，我們宇宙的形狀可能是一種難以置信的幾何圖形，更接近于超現(xiàn)實(shí)主義的藝術(shù)，如同荷蘭藝術(shù)家摩里茨·科奈里斯·埃舍爾創(chuàng)銀河系 作的圖形一樣。

霍金的想法以弦理論為依據(jù)，而該理論目前仍然還處于假設(shè)之中，并未被驗(yàn)證。如果用語(yǔ)言來形容宇宙的形狀，應(yīng)該是整體呈現(xiàn)多重鑲嵌模式，具有無(wú)限重復(fù)出現(xiàn)的扭曲面，曲面間環(huán)環(huán)相扣，如同科奈里斯·埃舍爾創(chuàng)作的“圓形極限IV”圖案，也與美國(guó)工程師P.H. Smith創(chuàng)作的“史密斯圓圖”類似，體現(xiàn)出雙曲空間的概念，是一種非歐幾何的空間形態(tài)。

層次結(jié)構(gòu)當(dāng)代天文學(xué)的研究成果表明，宇宙是有層次結(jié)構(gòu)的的、不斷膨脹、物質(zhì)形態(tài)多樣的、不斷運(yùn)動(dòng)發(fā)展的天體系統(tǒng)。

行星、小行星、彗星和流星體都圍繞中心天體太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成太陽(yáng)系。

太陽(yáng)系外也存在其他行星系統(tǒng)。約2500億顆類似太陽(yáng)的恒星和星際物質(zhì)構(gòu)成更巨大的天體系統(tǒng)——銀河系。銀河系的直徑約10萬(wàn)光年，太陽(yáng)位于銀河系的一個(gè)旋臂中，距銀心約3萬(wàn)光年。

銀河系外還有許多類似的天體系統(tǒng)，稱為河外星系，常簡(jiǎn)稱星系。目前觀測(cè)到1000億個(gè)星系，科學(xué)家估計(jì)宇宙中至少有2萬(wàn)億個(gè)星系。

星系聚集成大大小小的集團(tuán)，叫星系團(tuán)。平均而言，每個(gè)星系團(tuán)約有百余個(gè)星系，直徑達(dá)上千萬(wàn)光年。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上萬(wàn)個(gè)星系團(tuán)。包括銀河系在內(nèi)約40個(gè)星系構(gòu)成的一個(gè)小星系團(tuán)叫本星系群。

若干星系團(tuán)集聚在一起構(gòu)成的更高一層次的天體系統(tǒng)叫超星系團(tuán)。超星系團(tuán)往往具有扁長(zhǎng)的外形，其長(zhǎng)徑可達(dá)數(shù)億光年。通常超星系團(tuán)內(nèi)只含有幾個(gè)星系團(tuán)，只有少數(shù)超星系團(tuán)擁有幾十個(gè)星系團(tuán)。

本星系群和其附近的約50個(gè)星系團(tuán)構(gòu)成的超星系團(tuán)叫做本超星系團(tuán)。

電腦制圖據(jù)日本國(guó)家天文臺(tái)的科學(xué)家們通過長(zhǎng)達(dá)6年的數(shù)據(jù)收集，最近通過電腦制圖法終于成功地繪制出一幅“宇宙圖”，它能夠把宇宙從誕生時(shí)起到今天的過程全貌再現(xiàn)。科學(xué)家們表示，這幅“宇宙圖”將于2月1日在網(wǎng)上公開。此外，科學(xué)家們還制作 研究了5部反映月球、銀河等如何形成的短片，也將一并在網(wǎng)上公布。

這款全新的宇宙圖軟件，采用了很多只有天文學(xué)家才會(huì)使用的觀測(cè)數(shù)據(jù)和反映宇宙理最究成果，收錄了從月亮大小的天體到太陽(yáng)系、銀河系、河外星系等不同規(guī)模的宇宙面貌。在這款軟件里，宇宙中的恒星和銀河等都會(huì)以相對(duì)的大小出現(xiàn)在正確的位置，十分生動(dòng)逼真。

銀河系由約2000億個(gè)星體呈旋渦狀分布，形成一個(gè)直徑約8萬(wàn)光年，中心部分厚度達(dá)6000光年的大“銀盤”。其中太陽(yáng)附近的銀盤厚度約為3000光年。因?yàn)樘?yáng)系位于銀河系之內(nèi)，所以人們不能觀測(cè)銀河系的全貌。但是，如果使用這幅“宇宙圖”，就可以讓普通人擺脫“不識(shí)銀河真面目，只緣生在銀河中”的境地。1