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我们赖以生存的地球在银河系有多大，宇宙又有多大
地球在银河系中，犹如大海中的一颗沙。
太阳是太阳系的中心天体，按直径算，比地球大109倍。
其大小比较如下图。
其中第三个（Earth）就是地球。
而太阳在银河系中只能算是一颗小质量恒星，称为“黄矮星”。
虽然还有许许多多比太阳还要小的恒星，但比太阳更大的恒星同样比比皆是，因为银河系中恒星的总数不少于2000亿颗。
太阳小到在几光年之外，就很难用肉眼看到了。
而银河系仅银盘的直径就有10万光年，就是说，光线从银河系的一端到达另一端，至少需要10万年。
相比之下，太阳光从太阳到达地球，只需要短短的8分多钟的时间。
下面就是银河系的样子。
巨大的银河系在宇宙中又是一个普普通通的星系。
虽然在银河系所在的本星系群中，银河系算是一个比较大的星系，但在宇宙中又算不上什么。
星系之间的距离通常用数十万到数百万光年来计算，只是银河系所在的本星系群，其尺度就达直径大约1000万光年的区域，包括百个左右的大小星系。
但本星系群又属于更大范围的室女座超星系团。
室女座超星系团包含约100个星系群与星系团，室女座星系团约位于其中心位置。
其形状类似平底锅里的薄饼，覆盖一块直径约为2亿光年的区域，而我们银河系所在的本地群只是这个集团的外围成员。
在宇宙中，星系都是成团（成片）存在的，在星系团与星系团之间，是跨度上亿光年的巨大空洞，其结构大致以10亿光年的尺度在重复，如下图，就是一个边长10亿光年的宇宙结构示意图。
其中每一个小亮点都是一个如银河系一样的巨大星系。
据科学家计算，我们的宇宙的大小大约是直径约940光年左右的球形。
而上图只是宇宙中边长只有10亿光年的一小块。
我们目前用最大型的天文望远镜，也只能看到100多亿光年远的地方。
在我们宇宙的外面还有些什么？现在还完全不知道。
地球太渺小了，宇宙太大了。
三维立体的宇宙地图你见过吗？银河系在宇宙中的什么地方呢？
#奇妙知识季# 星系看似孤立。
它们确实相隔数万亿英里。
但它们却以星系团的形式聚集起来。
这些星系团聚集起来形成超星系团，其中含有上万个星系。
那么，我们的银河系处于什么地方呢？ 从宏观的角度观察，会发现我们的星系是一群本地星系的一部分。
里面含有大约30个星系。
银河系和仙女星系是这个星系团中最大的两个星系。
但看得再远一点，会发现我们是处女座超星系团的一部分。
科学家们绘制宇宙的总体结构图，确定星系团和超星系团的位置。
新墨西哥州的阿帕奇山天文台，斯隆数字天空勘测计划的本部，简称SD SS。
SD SS绘制首张三维夜空图。
这一项目需要确认数千万个星系的具体位置。
为了完成这个任务，SDSS要在太空深处 探索 星系。
远在银河系以外，它确定了星系的具体位置。
将这一信息记录在铝基磁盘上。
这些铝基磁盘直径大约30英尺。
每个上面有640个孔，这些孔与天空中的目标相吻合。
每个目标就是一个星系。
从这个星系传来的光穿过了一个孔，进入一根光线电缆。
这样可以记录数以千计的星系的位置和距离数据。
将它们在三维图像上表示出来。
它能告诉我们星系的形状，星系的组成。
还能告诉我们它们的分布。
所有这些都非常重要，对于天文学和解我们的宇宙之秘来说。
历史 上最大的三维地图。
这张地图让我们看到了过去从未见过的东西。
它表明星系聚集成星系团、超星系团。
但再缩小一些，我们可以看到，这些超星系团聚集起来，形成了所谓的大尺度丝状结构。
SDSS发现了一个直径140亿光年的丝状结构，我们称之为星系墙。
它是迄今发现的最大单体机构。
从人类科学史上看，这让人感觉到，自己身处浩瀚宇宙之中，是多么的渺小。
随着数据的滚动，这些模糊的小光斑，每一个都是星系。
不是恒星，而是星系。
SDSS展现了宏观的星系地理学。
科学家则让它更进一步。
他们在超级计算机里构建了整个宇宙。
在这里你看不见单个星系，甚至看不见星系团。
你看到的是超星系团，在辽阔的宇宙网络中， 互相连接成丝状结构。
事实上从宏观看来，宇宙就像一块海绵。
每个丝状结构中，都包含了数百万个星系团。
他们被暗物质束缚在一起。
在电脑的模拟图像中，暗物质沿着丝状结构闪耀。
暗物质影响着星系在宇宙中形成的地点。
暗物质就像胶水，维持着整个宇宙的超级构造。
它让星系聚集成星系团。
星系团聚集成超星系团。
这一切都被连接起来形成丝状结构网。
没了暗物质，整个宇宙的结构都会四分五裂。
在巨型宇宙网络中，银河系也深藏在其中一个丝状结构中。
它已经存在了将近120亿年。
但在未来，它将在一场巨大的宇宙碰撞中毁灭。
如何进行宇宙测距？
在宇宙中测量距离是很困难的，通常通过测量物体的实际亮度与我们认为光年之外的亮度之间的差异，并利用这一差异来计算光的传播距离。
但现在天文学们利用黑洞的回声来测定距离。
抬头看天，我们所看到的星空只是二维平面视图，凭我们的单薄力量，很难弄清宇宙中的三维空间。
把恒星绘成密织的星座很简单，但测量它们的距离，分辨它们的远近却很难。
测量宇宙中物体距离的方法之一是 “标准烛光法”（烛：具有固定亮度的物体，且亮度被我们已知）——天文学家测出该物体本身的亮度（本征亮度）和数光年之外的我们所观测到的亮度之间的差距，然后用该差值计算光传播的距离。
对“标准烛光法” 的理解：距离发光体S越远，同一面积A上接收到光越少，光的强度越弱，与距离的平方成反比。
图源：brilliant
这些“标准烛光”包括固有亮度与其脉冲周期有关的脉冲星（如造父变星）和具有有限峰值亮度范围的超新星（如Ia型超新星）。
船尾座RS是银河系中最亮的造父变星之一，由哈勃空间望远镜拍摄 图源：wikipedia
SN 1994D（左下方的亮点）是在星系NGC 4526中的一颗Ia超新星。 图源：wikipedia
如今，天文学家们论证了利用超大质量黑洞测距的可行性，或者说是这些黑洞的回波，虽然它看似是宇宙中最不可能用来测距的工具。
伊利诺伊大学香槟分校的天文学者岳深（音译）说：“测量宇宙距离是天文学最基础的挑战，所以，有希望多拥有一个测距的锦囊妙计（新的测量方法）非常令人兴奋。”
这张计算机模拟图像显示了星系中心的一个超大质量黑洞。
这个拥有强大的引力的宇宙怪物扭曲了周围的空间，像个哈哈镜，拖曳着附近星光。
图源：美国航空航天局/欧洲航天局/D.科、J.安德森R.范德马雷尔（空间望远镜科学研究所）
你可能会有些迷惑，虽然我们的确或多或少地知道黑洞的亮度，但
这毫无用处，因为它们恰恰是光的对立。
它们并不会发出明显的辐射，实际上是不可见的。
银河中有多达十亿个恒星质量的黑洞，我们仅仅只是发现了其中的一小点。
然而，那些位于星系中心的超大质量黑洞完全是另一码事。
的确，我们看不到它们，但是事实上如果这些黑洞很活跃，它们周围的物质将会非常明亮。
正是它们周围环境中光的传播可以被用来测量固有亮度。
超大质量黑洞靠其周围的物质为食，这些物质以一种已知结构分布在黑洞附近。
处在中心的位置的就是黑洞，它像饕餮一样吞噬周围的物质，是太阳质量的数百万到数百亿倍。
黑洞周围以圆盘形环绕的物质，由于引力被吸入黑洞，就像水打着旋儿落入下水道。
这就是吸积盘，其中强烈的引力和摩擦力加热了这些物质并使其明亮地闪耀着，但这跟天文学家所观测到的不同。
图源：阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜 （欧洲南方天文台/日本国家天文台/美国国家射电天文台）
在吸积盘的外侧是一个更大的云团，由尘埃环绕成甜甜圈状的圆环面。
把它们放在一起整体的结构如上图所示。
外侧的尘埃云团是回波映射或回声映射技术的关键。
吸积盘的最靠近活跃的超大质量黑洞的区域常常发出可见光和紫外线光波明亮地闪耀着，当光到达圆环形尘埃云的时候，它会发出“回声（波）”。
可见光和紫外线光被尘埃云吸收，并加热并释放出热能，成为中红外光的形式。
吸积盘可能非常大，光到达环形尘埃云并被“反射”出来也许要花费数年。
但是由于我们知道光速，天文学家们可以利用（发出的）光和回波计算吸积盘内侧边缘和尘埃云的距离。
这就很“简单”了。
我们知道吸积盘内测边缘极热，同时从黑洞越向外吸积盘的温度越低。
当温度降到1,200摄氏度（2,200华氏度）时就会形成尘埃云。
因此，环形尘埃云和吸积盘内侧边缘之间的距离与那地狱般的高温是成比例的。
如果知道了距离，我们就可以计算温度——一旦得到了温度，就可以计算这个区域发出多少光、光亮度的变化、以及其本身亮度。
这被称为R-L关系（即R半径和L亮度）。
当然，这肯定不止这么简单。
你必须以一个很长的时间跨度观测黑洞，探测可见光、紫外线光和中红外光回波。
一个由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的钱阳（音译）领导的天文学家团队梳理了由地面光学望远镜所收集到的对可见光近20年的探测数据。
除此之外他们还研究了2010-2019年间美国国家航空航天局的近地物体广域红外勘测仪所捕获的红外光数据。
艺术家笔下的近地物体广域红外勘测仪（简称WISE或NEOWISE）
图源：wikipedia
他们利用可见光和中红外光识别到587个超大质量黑洞，这是同类研究中规模最大的一次。
虽然这些数据仍需进一步改进，因为这些红外线研究并未覆盖全部的红外线波段，这就意味着在计算距离时有很大的不确定性，但它们的确证实了R-L比例关系，并且在这些样本里大小各异的超大质量黑洞中，回波的传播方式相同。
测量工作仍在不断改进中。
该团队正在努力改进他们的模型以更好的贴合尘埃的形成与红外光的产生。
当然，正在进行的研究采用了更完善的技术，将带来更高质量的发现。
钱阳说：“回波映射技术的妙处在于这些超大质量黑洞不会很快消失，所以我们可以重复测量尘埃回波以改进同一系统中的测距工作。”
该研究已发表在《天体物理学杂志》中。
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