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宇宙有是有什么结构?
我国古人将宇宙看做是空间与时间的结合体,这一理念同爱因斯坦的四维时空(长、宽、高、时)的观念是一致的,但时间上比后者要早2000多年。
这两种观念都认为空间不是空的,而是充满着物质,而时空的性质决定于物质的质量。
这些前面已叙述了,现在,我们的视线早已离开了太阳系,开始深入到星系与星际的空间。
我们该看看宇宙的大尺度结构了。
由近及远来说,从地球开始,更大的时空范围是太阳系(其他的恒星也有类似于太阳系的行星、卫星等)。
而全天的恒星组成了一个恒星城,称作银河系,它包含有恒星、双星、聚星、星团、星云、星际尘埃、宇宙线,以及延伸的星际磁场等。
银河系主体的直径约为10万光年。
同银河系一样的天体系统,统称为“星系”。
现在已观测到的星系差不多有1011个(1000亿个)。
星系的尺度范围为14×106光年,相邻星系间的平均距离为3×106光年。
可知星系间的距离比恒星间的距离要近得多。
两个星系很容易相碰撞,而两颗恒星则很难有相碰的机会。
星系单独存在的情况并不多见,而多数星系都喜欢“群居”,组成双重星系、多重星系、星系群和星系团,它们之间靠万有引力在维系着。
著名的大麦哲伦星云与小麦哲伦星云就是一个双重星系。
而大麦哲伦星云、小麦哲伦星云和银河系又组成三重星系。
1975年,人们发现了离银河系只有5.5万光年的比邻星系。
因此,银河系、大小麦哲伦星云与比邻星系实际上是一个四重星系。
仙女座的大星云(M31)与附近的M32和NGC205也组成一个三重星系。
银河系附近的40多个星系,组成为“本星系群”。
本星系群的半径约为100万秒差距,其总质量为6.5×1011太阳质量。
再远些,离我们最近的是玉夫座星系群、大熊座星系群和天炉座星系群,其中含有的星系数为6~16个不等。
由100个到上千个星系组成的更大星系集团,称为“星系团”。
离我们较近的不规则星系团是室女座星系团;离我们较近的规则星系团是后发座星系团,包含的星系总数可能多达1万个。
然而,像这样范围较大且星系众多的星系团为数不多。
平均说来,各星系团内的成员星系数约为130个,观测到的星系团总数超过1万个。
若干星系团还可进一步聚集组成“超星系团”。
我们银河系所在的称为“本超星系团”,由本星系群、室女座星系团、后发座星系团、大熊座星系团及其他约50个较小的星系群或星系团组成。
本超星系团为直径约108光年的扁平状天体系统,总质量约为1015太阳质量。
室女座星系团可能是本超星系团的核心部分,而本星系群则位于本超星系团的边缘附近。
在本超星系团之外,还有其他的超星系团,超星系团一般含有5~10个星系团,已发现的50个超星系团中,最大的一个拥有29个星系团。
宇宙物质的结构,由太阳系、银河系、星系群、星系团至超星系团,像阶梯似的一级一级地扩大,那么,能不能再扩大下去呢?问题相当复杂。
因为这么庞大的星系集团,很难证明星系之间会有引力联系。
很可能是一些星系偶然地互相接近,而不是构成更高一级的天体系统。
值得注意的是星系的空间分布,近年来的观测表明,星系有点像蜂窝形(一说为泡沫形)。
中间是空的(也叫“宇宙巨洞”),星系沿棱分布,在两个棱交会处,星系更加密集。
沿棱边的长条形分布,也叫做“星系长城”,比如1992年美国天文学家观测到有一条长5亿光年、宽2亿光年、厚1500万光年,其中包含有4000多个星系,其密度是平均星系密度的5倍。
超星系团的存在表明,宇宙的物质分布在109光年的数量级范围内是不均匀的;但在更大尺度的空间里,星系的分布却呈现出均匀性和各向同性。
各向同性是指对任何方向观测,在天球上任一块同样大小的面积内,总可以找到同样多的星系,这就叫做各向同性,即指宇宙不存在方向上的差别。
爱因斯坦在研究宇宙学时,就早已谈到了这一点。
他指出:在宇宙的尺度(大于3亿光年)上,任一时刻,宇宙物质的分布是均匀的和各向同性的,这被称为“宇宙学原理”的重要理论。
这个原理已被不少观测所证实。
这个原理的含义是:1.在宇宙尺度上,空间任一点和任一方向,在物理量上是不可分辨的,即无论其密度、压强、曲率、位移都是相同的。
但在同一点,在不同时刻,其各种物理量可以不同。
所以这个原理允许宇宙有一定的演化。
2.宇宙中各处的观测者观测到的物理量和物理规律都是一样的,也就是地球的物理规律在其他星球上也一样,这才有了“共同语言”,有了共同的宇宙时标。
否则,就不好去讨论别的星球上的物理情况了。
简单的比喻是,地球上的人是吃米饭、蔬菜的,你就不能说,别的行星上的“人”(外星人)是吃石头、沙土的,这是很荒谬的。
离开了宇宙学原理,就不能讨论宇宙间的生物与人的问题了。
所以,我们认为地球上所看到的宇宙演化图景,在别的星球上也可以看到。
宇宙学原理是人们探讨宇宙演化的基础。
如果将其中的“任何时刻”改为“一切时刻”或“所有时刻”,那就叫做“完全的宇宙学原理”。
这个原理得出的宇宙是不演化的、静止的宇宙,现在绝大多数科学家拒绝接受这个原理。
宇宙组成的三大要素
宇宙组成的三大要素空间、时间、物质和能量。
一、空间
空间是指宇宙中存在的三维或更高维的几何区域,它可以容纳物质和能量,并且可以被测量和描述。
空间是宇宙的舞台,也是宇宙中各种现象和事件发生的场所。
空间可以有不同的形状和性质,比如平坦的、弯曲的、膨胀的、收缩的等。
空间也可以受到物质和能量的影响而发生变化,比如在强引力场附近,空间会被扭曲和弯曲。
空间是宇宙中不可或缺的要素之一。
二、时间
时间是指宇宙中存在的一种度量,它可以用来描述物质和能量的变化和运动,以及事件之间的先后顺序和持续性。
时间是宇宙的尺度,也是宇宙中各种过程和历史发展的记录。
时间可以有不同的流速和方向,
在不同的参考系中,时间会有相对性,而在奇点或虫洞中,时间可能会停止或倒流。
时间也可以受到物质和能量的影响而发生变化,比如在强引力场或高速运动中,时间会变慢或加快。
时间是宇宙中不可或缺的要素之一。
三、物质和能量
物质和能量是指宇宙中存在的一切实体和现象,它们具有质量、电荷、自旋等属性,并且可以以粒子或波的形式表现出来。
物质和能量是宇宙的内容,也是宇宙中各种结构和规律形成的基础。
物质和能量可以有不同的类型和状态,比如原子、分子、星体、辐射、场等。
物质和能量也可以相互转化和作用,比如在核反应或电磁相互作用中,物质可以转化为能量,或者能量可以转化为物质。
物质和能量是宇宙中不可或缺的要素之一。
宇宙是所有时间、空间和其包含的内容物所构成的统一体。
宇是空间,宙是时间,它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量。
宇宙通常被定义为“存在的总和”,或是过去、现在及未来所有存在的万物。
求宇宙大尺度结构,最大结构有多大
“大*尺*度”这个词在网络*知道中是敏感词,一旦在回答中使用,必判为“违规”。
在已观测的宇宙范围内,在尺*度为10Mpc(百万秒差距)直到100Mpc范围内,可视物质的分布是不均匀的。
对星系三维分布的研究结果表明,绝大多数的星系集中在由星系的带(丝)、群和团组成的超星系团。
其中的星系绝大部分是分布于结构的边缘部分,中间几乎是空的。
但宇宙的这种不均匀性,大约以10亿立方光年(约3亿Mpc)为单位在重复,使得在更大的尺*度上,宇宙中物质的分布仍呈现出均匀性。
如下图。
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