第一节　这些可爱的大家伙们

宇宙的第一次自我介绍

姓名

我的名字很有来历，古话说：“四方上下曰宇，古往今来曰宙。”“宇”是指无边无际的空间，“宙”是指无始无终的时间。小到我们身边的尘埃，大到几亿光年外的星系，宇宙无不包含。

体积

人类似乎不太愿意提及这个话题，特别是女性。不过我却非常喜欢说说我的体积（人类关于此专业的术语应该是宇宙距离）。虽然目前人类想要获得精确的宇宙距离是一件不可能的事情，但是，人类的眼睛所能看到的地方，是可以计算的。人类看得最远的星系距离地球达到460亿光年。当然，这并不是一个精确的数据。因为我还在不停地“长大”——这种“膨胀”的速度甚至超过了光速！

出生

大多数的小朋友都喜欢探讨自己到底是从哪儿来的这个问题，我也喜欢。我很遗憾，因为我不知道谁是我的妈妈——现代物理宇宙学的科学家们大多认为我起源于一场大爆炸。孕育我的是一个密度极大，温度极高，所有物质和能量都浓缩在一起的小体积的物质。当它膨胀到一定程度，就再也承受不住，于是爆炸了，我就这样诞生了！

最初，大爆炸使能量四散，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。爆炸之后，我开始不断膨胀，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。气体又逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成人类现在所看到的宇宙。

年龄

我已经活太久太久了，我也不知道自己走过了多少年。当今人类通过科学推算和观测认为我的年龄在136亿～138亿年之间。这个不确定的区间是从多个科研项目的研究结果的共识中取得的，其中使用的先进的科研仪器和方法已经能够将这个测量精度提升到相当高的量级。根据2013年普朗克卫星所得到的最佳观测结果，宇宙大爆炸距今138.2亿年。嘿，小朋友们，现在你们知道了吧？我已经是一位超级爷爷了。

未来

未来是个值得深思的问题……小朋友们的未来是可以预料的，而我，现在没有人敢妄下定论。当人类无比敬重的伟大科学家爱因斯坦提出了广义相对论之后，人类觉得终于能够开始探索我的终极命运。但是广义相对论方程式有许多不同的解，每个解都意味着一种不同的终极命运。所以，有的科学家说我会一直膨胀下去；有的科学家说我最终会停止膨胀，逆转为收缩，最终形成与大爆炸相对的一个“大挤压”；还有的科学家说我膨胀到一定程度后就会稳定下来。我也期待知道自己的命运！

张开大口吞噬一切的黑洞

首先，你得知道

——黑洞不是一个洞

黑洞是广义相对论所预言的，在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后，发生引力坍缩而形成的。黑洞的质量非常大，因此它的引力场也非常强，以至于任何物质和辐射都无法逃逸，就连传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出来。因为它不能反射光线，故名黑洞。

其次，你得了解了解人类发现黑洞的历史

人们为了寻找黑洞付出很多努力，成果却不多。20世纪70年代才找到4个黑洞候选者，在90年代之后又发现6对新的X射线双星黑洞候选者，2000年后陆续探测出7个。有人估计过去100亿年中银河系平均每100年有1颗超新星爆炸，而每100颗爆炸的超新星中会有1颗形成黑洞，以此推算，那么银河系应该有100万个恒星级黑洞。可是，至2007年人类也只找到17个黑洞候选者。美国宇航局于2010年11月15日发现一个年仅30岁的黑洞，这也是人类科学史上发现的最年轻的黑洞。当然这是唯一一个人类全程见证形成的黑洞，也是超新星爆炸能够形成黑洞的唯一的直接证据。

嘿，你想知道一些黑洞的小秘密吗

黑洞的质量很大，目前发现的小型黑洞质量大多在太阳质量的10～20倍。在绝大部分星系的中心，包括银河系，都存在超大质量黑洞，它们的质量从数百万个太阳大小直到数百亿个太阳大小。

恒星都是由炽热的气体组成的球体，那么由大质量的恒星核聚变反应后形成的黑洞，是不是还是这么热呢？事实恰恰相反，黑洞的温度取决于它的质量大小，质量越大的黑洞温度越低。你不用担心黑洞“霸占”宇宙，黑洞不是永生的，它也会灭亡。

黑洞之最

目前发现的宇宙中最小的黑洞仅是太阳质量的3.8倍，其直径为24千米，仅比纽约曼哈顿岛大一些。当然，体积小不代表年龄小，之前说的在2010年才年仅30岁的“婴儿黑洞”才是名副其实的小家伙。而和我们离得最近的黑洞，显然不是上面两位，它位于人马星座，和我们相距大约2.4万光年之遥。也许有一天，你能上去一探究竟。迄今发现宇宙中最大黑洞的质量是太阳的170亿倍，它的质量相当于一个小型星系。这个庞然大物潜伏在距离银河系2.2亿光年的英仙座的NGC1277星系上。

神秘的星云你不用猜

星云和恒星的关系有点儿复杂

星云是指由尘埃、氢气、氦气和其他电离气体聚集的星际云。请注意，它是一种云雾状的天体。在这方广阔的天地，气体、尘埃等挨挨挤挤聚在一起，聚集了巨大的质量，再吸引更多的质量，最后越来越大，就变成了恒星。要是形成恒星后还有剩余材料，说不定还能形成行星和行星系的其他天体。这可真是了不起啊！而恒星爆炸时，抛出的气体等往往又会形成星云。所以星云和恒星可以说是相互转化，有牵扯不清的“血缘”羁绊。

天空最绚烂多彩的点缀

——真正的“明星”

散漫无际的形状，多姿多彩的色彩，梦幻神秘的气息，这就是我们眼中的星云。它们才是真正璀璨夺目的明星。

最初在宇宙中的所有云雾状天体都被称作星云。后来随着天文望远镜的发展，人们的观测水平不断提高，星云被证实是一个独立的天体。实际上，远在没有发明望远镜的时候，人类已经知道星云的存在，玛雅历史文献中记载的与天空中的猎户座有关的神话就预兆着星云的存在——神话提到猎户座周围有熊熊大火。当人类真正开始探索星云时，瞬间就被它的美丽吸引。

星之皇后

——鹰星云

鹰星云是位于巨蛇座尾端的一个年轻疏散星团，星团周围的星云形状犹如一只展翅飞翔的雄鹰，因此得名。鹰星云闻名世界和它内部的“创生之柱”有很大的关系。创生之柱指的是哈勃空间望远镜拍摄到的在鹰星云内圆柱形的星际气体和尘埃的一张影像。这一部分恒星因为其他恒星在手指状的气体柱上造成的腐蚀，使它们形成了手指之外的蛋型。每一个蛋都被气体环绕着，并且有一颗新生的恒星在其内。

火鸟星云

——猎户座大星云

猎户座大星云是一种反射星云，它现在正在孕育着一颗新恒星，形状犹如一只展开双翅的大鸟。猎户座大星云的亮度相当高，在全天仅次于船底座星云，在晴朗的夜晚，用肉眼就能观看到它。猎户座大星云距太阳系大约为1500光年，是银河系内离我们最近的恒星诞生地，包含有数以千计的新生恒星以及孕育恒星的柱状星际尘云，长期以来，一直是天文学家观测的热点地区。

运动健将

——蟹状星云

蟹状星云是一种超新星爆炸的残骸。当大质量恒星抵达生命的终点时会成为超新星，在恒星爆炸性地向外扩展时，膨胀的气壳就会形成超新星残骸，实际它也是一种特别的弥漫星云。蟹状星云位于金牛座，距离地球大约6500光年。

蟹状星云“运动”非常快速。科学家们推测：在900多年以前，它或许还只是一颗普通的恒星。蟹状星云这么出名还在于它中心部位的脉冲射电源有可能是迄今为止人类发现的首个具有4个磁极的天体构造。

天空有一只复杂的眼睛

——猫眼星云

猫眼星云是一个行星状星云，是低质量的恒星转化成白矮星时，从外壳抛出的气体形成的星云。科学家认为，我们的太阳在诞生120亿年后就会成为其中的一员。猫眼星云是已知星云中结构最复杂的星云之一。它的中心是一颗明亮、炽热的恒星，约1000年前这颗恒星失去了它的外层结构，从而产生了猫眼星云。

星座是天上的“王国”

科学家眼里的星座

一个个人组成了家庭，家庭组成了社会、国家。而在天上，一群群恒星也组成了一个个王国，人们习惯性地称它们为——星座。古代时，人类便把三五成群的恒星与神话中的人物或器具联系起来，称之为“星座”。而在1930年，国际天文学联合会决定统一划分星区，将整个星空划分为88个星区，称为星座。每个星座都可以从其中较亮的星星的特殊分布辨认出来。比如，北斗七星属于大熊座，北极星属于小熊座，牛郎星属于天鹰座，织女星属于天琴座。

我们眼中的星座

提到“星座”二字，普通人肯定立刻会说：“这个我知道，我就是狮子座。”这里所说的星座，实际上是西洋占星学上所说的星座，人们把太阳每年在天球上所行经的路径平均分为12个区域，称之为黄道十二宫，也即12星座。它以春分点为0°，自春分点（即黄道0°）算起，每隔30°为一宫，并以当时各宫内所包含的主要星座来命名，依次为白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼。

实际的星座

恒星组成星座是一个随意的过程，在不同的文明中有由不同恒星所组成的不同星座。自古以来，人们对恒星的排列和形状很感兴趣，并很自然地把一些位置相近的星联系起来组成星座。国际天文学联合会用精确的边界把天空分为88个正式的星座，使天空每一颗恒星都属于某一特定星座。但在宇宙中，这些恒星相互间其实没有什么关系，不过是从地球上看恰好临近。实际上，它们之间可能相距很远。如果我们身处银河中另一星系，我们看到的星空将会完全不同。

广为人知的星座

大熊座拥有全天最著名的星象——北斗七星。

室女座拥有最亮的、离我们最近的超星系团——室女星系团。

狮子座所占据的广阔天区有很多星系。在每年出现的流星群中，狮子座流星群是最显著的流星群之一。

猎户座是天空中最亮、最易辨认的星座。猎户座β是一颗超亮的蓝白巨星，亮度相当于5.5万颗太阳，在中国被称为参宿七。

追根溯源

现代星座常使用的88星座里包含14个人类形象、9种鸟类、2种昆虫、19种陆地动物、10种水生物、2个半人马怪物以及29种非生物；头发、巨蛇、龙、飞马、河流各1（种数之和超过88是因为某些星座里不止一个形象）。

四问银河系

银河系是不是一条河

虽然从非常久远的古代，人们就认识了银河系，但是对银河系的真正认识还是从近代开始的。银河其实不是一条河，它中间厚、边缘薄，整体呈扁平盘状。它的主要部分被称为银盘，呈旋涡状。银盘外面是由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体，被称为银晕。19世纪50年代，人们利用电波观测发现，银河系有4条巨型旋臂，分别是矩尺、半人马-盾牌、人马与英仙。但是最新的研究显示，银河系可能只有2条主旋臂。

银河系真的很大吗

银河系的总质量约是太阳质量的2000亿倍，直径约为8万光年，中央厚约1.2万光年，边缘厚约3000～6000光年。太阳处于主旋臂之间的次旋臂——猎户臂上，距银河系中心约3万光年。

看到这一串串数据，或许你会觉得银河系实在是太大了，简直太了不起了。但是在宇宙中，银河系绝对是个“小不点儿”，在可看见的宇宙中，星系的总数可能超过1000亿个，银河系只是其中之一；而在最近的研究中，科学家们发现，银河系比以前认为的要轻——它的质量仅是我们“邻居”仙女座星系质量的一半而已。

地球是在银河系吗

银河系里聚集着1000多亿颗恒星，这些恒星都被行星环绕着，其中还飘浮着尘埃、气体。而我们的地球只是太阳系的一颗行星，太阳系（包括地球和太阳）在猎户臂靠近内侧边缘的位置上，这个位置恰好是科学家所谓的银河的生命带。太阳系每2.25亿～2.5亿年在轨道上绕行一圈，可称为一个银河年，因此以太阳的年龄估算，太阳已经绕行银河20～25次了。

银河系会消失吗

银河系有一个“孪生妹妹”——仙女星系，由于二者长得很像，一般人不容易分出来。仙女星系距离地球约220万光年。现在，仙女星系正以每秒300千米的速度朝着“孪生姐姐”不断靠近，在30亿～40亿年后可能会撞上银河系，然后，花上数十亿年的时间两大星系合并成椭圆星系。

知识巧记

1　恒星——想想太阳。

2　行星——想想地球。

3　彗星——想想哈雷。

4　星云——想想猎户座。

5　卫星——想想月亮。

6　星座——想想大熊。