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「南極牆」被發現,離地球很近但一直被遮擋,這是何方神物?
2022/02/07
2022/02/07

對于人類來說, 宇宙至今都還是一個神秘的未知空間,人類本身的能力非常有限,難以在短時間內用實際的行動去丈量宇宙。迄今為止,人類自身到過的最遠地方不過是 38萬公里以外的月球,這在更大層次上的宇宙空間看來, 幾乎和靜止不動沒有區別。

為了讓我們的腳步邁向更遠的地方,人類目前也在不斷加強自己的科技實力,希望能夠在短時間內去往更加遙遠的地方, 揭開更多關于宇宙的奧秘。但人們的行動並不是魯莽行事,而是建立在對于要到達的地方已經充分了解的基礎上。因此, 天文學者們對于宇宙的觀測和研究十分重要,它是我們 進行宇宙實際探索的基礎

和航太技術一樣,上世紀的宇宙學也在迅猛發展, 推翻和更新了許多以往的觀念。雖說我們目前還沒有真正搞清楚宇宙的構成方式,但對于很多方面都有了相關理論的猜想,比如 宇宙大爆炸、多元宇宙、高維宇宙等等。在提出這些猜想之後,科學家們開始想辦法去 證明它的正確性,又反過來推動了宇宙觀測技術的發展,說明一個領域的各個學科之間有相互促進的作用。

進入21世紀以來,人們的宇宙觀測又有了不少新突破,而 像中國這樣的大國隨著國力的增強,也加入了國際宇宙探索的第一梯隊讓人類總體的實力增強不少

我們的宇宙究竟有多大?

在宇宙學中有一個非常基本的問題,那就是「宇宙有多大」?儘管一眼看上去這個問題非常簡單,但就像數學中的「1+1=2」最難證明一樣, 宇宙的大小也是人類至今都還沒有得到答案的問題

如果宇宙真的是 大爆炸之後生成,那麼 宇宙膨脹的速度已經超過了光速,在光未能夠到達的地方我們也無法進行觀測,因此對于人類來說,我們能夠認識的極限只是「可觀測宇宙」而已。 可觀測宇宙的直徑達到了930億光年,而這很有可能只是 真正宇宙大小的冰山一角,宇宙真正的大小我們目前難以測算。

對于人類來說, 可觀測宇宙是宇宙的「臨時終點」,也是目前在時間范圍內有意義的部分。因此雖然沒能夠繼續測量整個宇宙的大小,但我們還是對于可觀測宇宙進行了一系列細緻的研究,希望能夠在更大的范圍內找到宇宙構成的種種形式。

比如說, 在我們的太陽系、銀河系之外,宇宙中的天體是不是還有更大的單位?這些單位的大小、位置和分佈是怎樣的,對于我們又有怎樣的影響?關于這些問題,現在的人們已經有了不少嶄新的理論。

宇宙的構成方式

在很長一段時間內,我們對于銀河系之上的宇宙單位幾乎一無所知。但研究者們通過各種細緻的觀測和復雜的計算,認為宇宙中的眾多星系一般並不是分散存在,而是 「成團」存在, 大于100個的集合被稱為星系團,而小于100個的集合被稱為星系群。比如我們的銀河系也處在這樣一個單位中,這個約有40個星系的群體被稱為「本星系群」。

在本星系群之外,還有著巨大的 室女座超星系團其中包含了大約100個星系團或者星系群,最大直徑達到了1.1億光年。在很長一段時間內,人類的認知止步于此,但後來一些學者提出,室女座超星系團也不是宇宙單位的極限,在那之上的范圍中, 室女座超星系團只是更大的拉尼亞凱亞超星系團的一部分

拉尼亞凱亞超星系團中大約有 10萬個星系,銀河系只是其中非常平凡的一個。它的總體呈現出 流蘇狀結構,像是一片巨大的「羽毛」。看到這裡或許大家會覺得,這可能就是宇宙中最大的天體單位,但其實並非如此。

拉尼亞凱亞超星系團處于一個「長城」一樣的宇宙絲狀集合體中,但由于 被各種宇宙天體阻擋,我們現在還無法確定自己所在的宇宙「長城」究竟有多大。儘管我們「不識廬山真面目」,但其他的宇宙長城結構卻可以被我們所觀測到,比如目前人類發現的宇宙最[[[[大尺度]]]]結構—— 武仙-北冕座長城

「南極牆」的發現

除了武仙-北冕座長城以外,人類還觀測到了許許多多其他更小的「宇宙長城」,比如在2003年發現的史隆長城。2020年,研究者們又在《天體物理學》雜誌上刊文, 新發現了一個大小和史隆長城類似的宇宙長城結構,被稱為「南極牆」。那麼, 這又是何方神物呢?

南極牆和地球上的南極沒有什麼關係,它指的是其 位于地球的南天極方向南極牆中起碼含有10萬個星系,而且並不是一個平直的結構,更像是包裹著我們的一片「雲霧」

值得一提的是,南極牆距離地球相對于其他[[[[大尺度]]]]結構來說很近,大約是 十億光年。按理來說,如此巨大的天體結構,距離我們又很近, 人們早就應該發現了才對,為什麼直到現在才發現

因為南極牆處在一個「恰好」的方向上,那就是 銀河系的正後方。雖然 離我們的絕對距離很近,但是卻被銀河系中心的眾多物質,比如恒星、星塵等發出的光亮所遮擋,所以在此前的漫長時間裡,人類都沒有發現這個結構的存在。

那麼,這一次研究者們又是怎麼發現南極牆的存在的?既不是使用最基本的光學觀測,也不是使用射電信號進行測量,而是使用了 測量宇宙「紅移」的方法。我們在上文中說到了宇宙的膨脹,而 光的波長在距離變化中會產生變化,科學家們正是根據這一點 更加確定了我們的宇宙是否還在膨脹以及膨脹的速度

紅移中存在著一種 引力紅移,就是 當一種物質的引力場足夠大的時候,也會造成紅移現象。科學家們正是基于對于各種天體的引力紅移進行觀察,才 確定了在距離我們這麼近的地方有這麼大的天體結構

南極牆的發現對我們有什麼意義?

不管南極牆離地球有多麼近,它現在也 處在一個人類目前絕不可能到達的距離,我們對其進行研究究竟有什麼意義?其實南極牆的發現對于人類來說不僅僅是對于天體結構本身的確認,科學家們還能夠 從南極牆形成和演變的背後「以小見大」,看到整個宇宙的演變

宇宙在大爆炸之初的物質分佈和結構和現在不同,天體物質很有可能是在漫長的歲月中因為引力和其他物質的束縛才逐漸形成如今的模樣,並且在今後也會 不停地改變,已經集中的物質更加集中。科學家們在南極牆的存在中,就看到了這樣的宇宙間物質的演化過程。

對于人類來說,觀察宇宙就像在繪製一幅地圖,眾多的天體就是宇宙中的「山巒」與「河流」,現在地圖上還有許許多多空白,需要在今後一點點填滿。除此之外,「南極牆」的發現還有一個重要的作用,那就是 對于人們研究宇宙暗物質的分佈和影響有一定價值

暗物質是宇宙學中一個重要的研究課題,但如果在小范圍的宇宙空間內進行觀測和計算很難發現, 越大的宇宙結構越好進行觀測。因此,南極牆的發現對于我們來說是 研究暗物質、暗能量的好機會

拓展:暗物質和宇宙網

在上文中我們提到了暗物質的概念,但很多人可能對這個名詞雲裡霧裡,並不知道它的真實定義。在科學家的猜想當中, 暗物質是宇宙組成的重要一部分,宇宙中大約有百分之八十五的質量是暗物質。

但它和我們以往了解的物質都不一樣, 既不可見,也無法通過一般的觀測方式發現。既然南極圈是一個如此龐大的結構,那麼 其中應該也有成正比的暗物質,顯然比小尺度的宇宙結構更好觀測

除了暗物質之外, 南極牆的發現對于人類進行「宇宙網」模型的完善也有重要作用。宇宙網是人們設想的「宇宙高速公路」,它是一個巨大的 網狀結構將眾多的星系、氣體、暗物質等聯繫在一起

不管是我們的拉尼亞凱亞超星系團還是南極牆,都是宇宙網的一部分。因此,我們 發現越多的天體結構,對于宇宙網的認識就越發完善,有助于我們 更加了解這無邊無際的「宇宙森林」,從而對宇宙本身產生更深的了解。

結語

對于人類來說, 宇宙中還有著萬萬千千的謎團,甚至連一些基本的概念我們都還沒有搞清楚。

因此,現在要說我們對于宇宙的探索達到了什麼水準還不現實,只能夠在今後繼續前進, 爭取多了解一些關于物質世界的資訊,看到那些以往我們看不到的事物。現在人類還沒有辦法真正捕捉到暗物質,如果有一天我們可以利用暗物質的能量,說不定可以利用其進行 星際旅行,填補當前人類科技的空白。

人類文明發展已經有了數千年,在地球上已經是不可忽視的存在,但 我們的宇宙征程才剛剛開始。在對于宇宙的觀測方面,現在的人類就像是一個趴在視窗好奇觀看的小孩一樣。

只有 自身的 科技實力不斷增強,才有可能 在今後繼續發展,去往 更加遙遠的空間,「看到」更多的物質類型,並且利用它們來達成我們自己的目標。人類目前的 局限性顯而易見,但是人類的未來無疑值得期待。


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