宇宙的大小面积:直径至少920亿光年以上 (仅供参考)
一个充满物质和射线的、致密的、膨胀中的、并且均一的宇宙开始了!在物理定律的作用下,138亿年后形成了我们看到的神奇宇宙,这里有非常多的恒星、星系、星系团、大尺度纤维,这里有数万亿存在岩石行星、液态水和生命的机会。但目前我们的可见宇宙到底有多大,我们能够探索到什么程度呢?这也是艺术众筹平台Patreon支持者佛雷德里克·马泰楼的问题。
2微米全天巡天的遥远宇宙
宇宙异常广阔,仅仅一个银河系就有难以计数的星系、恒星、气体和尘埃,我们仅能观测到非常有限的东西
Credit: 2MASS
“哈勃极限深场已在一个方向观测到130亿光年远的天体,所以我们是否可以说不管什么方向我们都能看到130亿光年那么远?深空影像展示出新生的星系,它们形态奇怪,内部的第一代恒星也并不多,它们是宇宙大爆炸后不久形成的。我们是不是可以认为整个宇宙的直径是260亿光年?还是我们仅仅能够看到很有限的部分,宇宙远不止那么大?”
哈勃极限深场的遥远宇宙
Credit: NASA/ESA
首先我们从这些人类看到的最远影像开始!哈勃极限深场影像展示了非常狭小的天区——大约是1/32000000,并通过持续长达23天的紫外、可见光和近红外波段观测得到。影像中发现了5500个星系,其中部分星系是现有宇宙年龄约4%时的影像。这样推算,可见宇宙可以有1800亿个星系。但实际上这个数字远远低于真正的数字,大约仅仅是后者的10%。
望向遥远的宇宙,就如同时间之旅,但我们的观测能力还非常有限
Credit: NASA
当我们向遥远的深空观测,同时我们也是在做时光之旅。星系的光线在宇宙中以光速传播,我们现在所处的宇宙已经138亿年。当我们观测1亿光年外的天体,其实看到的是1亿年前的影像。实际上,哈勃望远镜可以看到宇宙大爆炸后仅仅10亿年时的星系。这些越远的也就是越年轻的星系通常是这样的:体积相对较小、质量相对较小、颜色较淡、亮度较低(因为内部的恒星较少)。
不同时期的星系,右侧是哈勃发现的最早期星系
Credit: NASA/ESA
这样的观测结果很合理:在引力的作用下,这些小的原始星系需要很长时间才能聚合成像银河系这样的大星系。经过几十亿年,才能在星系团中诞生我们所熟知的椭圆星系。因此, 在宇宙的初期,一定有非常非常多的星系“种子”。
暗物质流模拟视频
Credit:Ralf Ka04hler
如果我们想要搞清楚到底有多少星系,我们有两种方法:一个是理论上的,我们依据现有物理理论来模拟测算;一个是实际观测的,也就是使用天文望远镜看到的信息。结合两者有助于我们得到更准确的数字。2016年的一项研究(附注)告诉我们,整个可见宇宙拥有2万亿个星系。它们在各个方向较为均匀的分布,较远距离的是大量低质量的星系,大质量星系周围的星系数量较少。同时,有星系蔟、星系团和大尺度纤维结构连接,在它们之间是引力作用下形成的空洞。
我们的观测能力非常有限
Credit: NASA/ESA
那为什么我们仅仅看到了9%的星系?为什么我们遗漏了如此多数量的遥远星系?
一个简单的原因:很多星系非常遥远以至于我们很难观测到。50亿光年远的星系已经非常难观测,如果是它在100亿光年外,那亮度会下降到1/4,也就是我们需要花费4倍长时间来观测它。另一个原因是这些星系并不大,内部的恒星比较少,实在是太暗了。尽管年轻的星系拥有的亮星比例较高,但一个只拥有1亿颗恒星的年轻星系,亮度仅仅是拥有4千亿颗恒星的银河系的0.1%。
目前宇宙的半径大概是465亿光年,直径930亿光年。但930亿光年仅仅是我们能观测到的宇宙直径,由于宇宙的膨胀速度已经超过了光速,所以我们只在地球上观测宇宙的话无法得知宇宙到底有多大,这还是一个未解之谜。
宇宙年龄:138.2亿年 (直径: 930亿光年(可观测),1600亿光年(预估完全直径) )。
目前的宇宙理论认为宇宙可能是类似马鞍状的负弯曲形状,该理论源于宇宙大爆炸理论,整个宇宙的外形如同一个吹起的气球,我们则生活在宇宙的“表面”。
同时,科学家也认为宇宙是平坦的,根据美国宇航局的调查,宇宙可能是平坦的,2013年的调查发现如果宇宙是平坦的,那么误差只有0.4%。
宇宙的创生
爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们如今所看到的宇宙。
广义的宇宙定义是万物的总称,是时间和空间的统一。狭义的宇宙定义是地球大气层以外的空间和物质。“宇宙航行”的“宇宙”定义就是狭义的“宇宙”的定义,宇宙航行意思就是在大气层以外的空间航行。
参考资料:百度百科---宇宙