第一篇 宇宙誕生之謎

宇宙的誕生

21世紀到了，世紀更替，千年狂歡，但人們并沒有忘記那些長期困擾人類的疑問。人們渴望通過找尋這些問題的答案，并以此來更多地了解大自然。

宇宙是永恒不變的嗎？宇宙有多大？宇宙是什么時候誕生的？宇宙中的物質是怎么來的？關于宇宙的疑問太多了，人們從遠古時代就提出了許多諸如此類的問題。

當人類第一次仰望蒼穹，看到了廣闊無垠的天空和閃閃發光的星星，不禁想知道這一切究竟是怎樣產生的。各個民族、各個時代都有種種關于宇宙形成的傳說。不過那都是建立在想象和幻想基礎上的優美的神話故事。在今天，科學技術的日益發展，使人類有了強大的認識自然的工具，但關于宇宙的成因卻一直沒有定論，都還處在假說階段。人們總結了一下，大致有以下幾種假說。

第一種假說是“宇宙永恒論”。這種假說認為，宇宙并不是動蕩不定的，宇宙中的星體、星體的數目和分布以及它們的空間運動從開天辟地時開始，就一直處于一種穩定狀態，宇宙是永恒的。持這種假說的天文學者把宇宙中的物質分成了恒星、小行星、隕石、宇宙塵埃、星云、射電源、脈沖星、類星體、星際介質等幾大類，認為在大尺度范圍內，這些物質處于一種力和物質的平衡狀態。也就是說，一些星體在某處消逝了，另一些新的星體一定會在另一處產生。宇宙在整體范圍內是穩定的，即使發生了變化，也只是局部的變化。

第二種假說是“宇宙分層論”，這一觀點認為宇宙的結構是分層次的，恒星是一個層次，恒星集合組成星系是一個層次，若干個星系結合在一起組成的星系團是一個層次，一些星系團再組成超星系，成為一個更高的層次。

第三種假說就是到目前為止許多科學家都比較贊同的“宇宙大爆炸”理論。這一觀點是由美國著名天體物理學家加莫夫和弗里德曼提出來的。他們認為，大約在200億年以前，我們今天所看到的天體物質都集中在一起，構成一個密度極大、溫度高達100億℃的原始火球。這個時期的天空中，到處充滿了輻射，恒星和星系并不存在。后來因為某種未知的原因，這個原始火球發生了大爆炸，組成火球的物質被噴發到四面八方，并逐漸冷卻下來，密度也開始降低。爆炸發生2秒鐘之后，質子和中子在100億℃的高溫下產生了，隨后的11分鐘之內，自由中子衰變，進而形成了重元素的原子核。大約1萬年以后，氫原子和氦原子產生。在這1萬年的時間里，散落在空間中的物質開始在局部聯合，這些物質凝聚成了星云、星系的恒星。大部分氣體在星云的發展中變成了星體，因受星體引力的作用，其中一部分物質變成了星際介質。

此后，科學家建造了太空望遠鏡，并以“哈勃”命名，希望能夠借它來確定哈勃常數。哈勃常數是以“哈勃”命名的宇宙膨脹率，多年以來成為宇宙中最為重要的數字。哈勃常數的物理意義就是星體互相拋離的速度和距離之比。常數數值越大，表示宇宙擴張到今天的大小所需的時間就越短，宇宙就越年輕。哈勃常數與宇宙現在的年齡有關，涉及宇宙的過去，還將決定宇宙的未來。宇宙有一個開始，是否一定會有一個結束？宇宙產生于“無”，是否最后的歸宿也是“無”呢？

從一開始，人們就圍繞哈勃常數展開了激烈的爭論。按照哈勃本人測得的數值可以推算出，宇宙的年齡約為20億歲，但是地球就有40億歲，這顯然是不可能的。很顯然，宇宙應該比在它其中的星球誕生得更早。科學家們自20世紀70年代開始，不斷地采用各種手段測算哈勃常數，并得出了不同的結果。但是人們從這些數值出發，推算出的宇宙年齡卻是大相徑庭的。

科學家們一方面圍繞著哈勃常數展開喋喋不休的爭論，而另一方面，科學家們對某些星體年齡的測定卻更為準確。現階段，天文學家們已經測知，銀河系中一些最古老的星系的年齡約為160億歲。如果是這樣的話，大爆炸只能在160億年以前發生，而根據科學家們最近用哈勃望遠鏡得到的一些觀測結果分析，宇宙的年齡約為120億歲。這個結論證明：宇宙確實比存在于它其中的古老星系更年輕。

如果測算結果是正確的，那么只能說明原先的假設出現了錯誤，宇宙可能不是從爆炸中誕生的。

宇宙的年紀這么“小”，再度讓自己的身世在人們眼中變得神秘起來。

1999年9月，印度著名天文學家納爾利卡爾等人對大爆炸理論發起挑戰，并提出了一種新的宇宙起源理論。他們把自己的研究成果命名為“亞穩狀態宇宙論”，這是納爾利卡爾和另外3名科學家共同提出的新概念中最重要的觀點。

他們認為，宇宙不是由一次大爆炸形成的，而是由若干次小規模爆炸共同形成的。這種新理論認為，宇宙在最初的時候是一個巨大的能量庫，被稱為“創物場”，而大爆炸理論所描述的是沒有時間和空間的起點。在這個能量場中，接二連三的爆炸逐漸形成了宇宙的雛形。此后小規模的爆炸還在不斷地發生，導致局部空間的膨脹。局部膨脹時快時慢，綜合在一起便形成了整個宇宙范圍的膨脹。

以前，人們認為宇宙在時間上是無始無終的，在空間上是無窮無盡的，是無限的。但是在觀測中人們發現，宇宙一直在膨脹，只不過是速度慢了下來，這就形成了一個全新的宇宙有限觀，這一觀點幾乎將宇宙無限的舊觀念完全代替了。宇宙學家根據觀測，推算宇宙在超空期中的一個小點上爆炸，先膨脹再收縮，到最后死亡消散，大約要經過800億年。現在大約只過了160億年，宇宙間的一切在以后的600億年中將逐漸向中心一點集攏，當時空都到了盡頭，宇宙也就不復存在了。就像超巨星在熱核燃燒凈盡，引力崩潰，所有物質瞬間向中心收縮，形成我們至今仍不可見的黑洞一樣，成為存在而不可見的超物質，這也許就是宇宙死亡的模型。

宇宙為什么在不斷地膨脹

中國古代有盤古開天的神話故事，古代西方國家有上帝創造世界的傳說，這些都是人們關于宇宙誕生的想象。在科學界，科學家們把觀測所及的宇宙稱為“我們的宇宙”。科學家們通過觀測發現了一個驚人的情況：我們的宇宙正在不斷地膨脹。

美國天文學家斯萊弗早在1912～1917年期間用口徑60厘米的望遠鏡在洛韋爾天文臺觀測天體時，出乎意料地發現，除了仙女座大星云和另一個星系正奔向我們之外，在他研究的15個星系中有13個星系都在離開我們，因為這13個星系的光譜中都發現了紅移。這些星系退行的速度平均每秒達600多千米。

哈勃在幾年后用2.5米口徑的望遠鏡觀測天體，證明了許多星云屬于銀河系以外的天體系統。在這之后，哈勃在1929年又發現了“哈勃定律”，這一定律的提出震驚了世界，并迅速為世人所熟知。

作為驗證宇宙膨脹工作的開始階段，“哈勃定律”所涉及的星系的數目、視向速度和距離都很有限，還必須做更多的觀測工作來進一步核實“哈勃定律”。哈勃與他的同事哈馬遜密切合作，開始了研究觀測工作。哈勃和哈馬遜于1931年聯名發表了一篇文章，這篇文章擴充了觀測資料，并進一步肯定了“哈勃定律”。

對于“哈勃定律”的含義以及星系都在退行的問題，人們一直都迷惑不解。星系愈遠退行速度愈快這一奇怪現象也讓科學家們難以理解。宇宙學家們回顧了歷史，并對自愛因斯坦相對論問世以來的這段時期進行了認真分析，終于找到了問題的答案。

人們注意到，荷蘭天文學家德西特早在1917年就證明了一項由愛因斯坦在1915年發表的廣義相對論得出的推論，即宇宙的某種基本結構可能正在膨脹，其膨脹速率恒定。

在弗里德曼宇宙模型的基礎上，比利時天體物理學家勒梅特對哈勃觀測到的河外星系紅移作了解釋，認為紅移是宇宙爆炸的結果，因而得出了宇宙膨脹的結論。勒梅特對宇宙膨脹進行了詳細的研究，認為膨脹總是從一個特殊的端點開始的。于是，他進一步提出宇宙起源的設想，認為宇宙起源于一個“原初原子”。后來人們常常稱其為“宇宙蛋”。由于這個宇宙蛋很不穩定，結果在一場大爆炸中，宇宙蛋碎裂成無數碎片，逐漸演變成為千千萬萬個星系；最初這場宇宙大爆炸在100多億年后，就留下了現在的星系退行現象。

那時，勒梅特的這種宇宙膨脹理論還沒有經觀測證實，科學家們都非常吃驚和懷疑，并對他的理論不屑一顧。后來，英國著名的天文學家愛丁頓提請科學家們注意勒梅特的宇宙膨脹理論，并為此專門寫了一篇文章。直到這時，人們才開始關注勒梅特的理論。

1930年，根據勒梅特的“宇宙蛋”理論，愛丁頓開始對河外星系普遍退行進行解釋。他認為星系的退行是由于宇宙的膨脹效應，而“哈勃定律”的發現恰好揭示了宇宙正在膨脹，為人們理解宇宙膨脹效應提供了理論基礎。

宇宙膨脹現象的發現可以幫助我們弄清許多問題，比如“夜晚天空為什么是黑的”。我們的宇宙和它所具有的恒星星系等都是有限的，由于這些有限的天體距離地球十分遙遠，它們發出的光線十分微弱，所以夜晚的天空是黑的。簡單地說，夜黑是宇宙膨脹造成的結果。

宇宙到底有沒有盡頭

宇宙究竟有沒有盡頭呢？每當人們翹首仰望茫茫夜空，看著一望無際的宇宙，總要提出這樣的疑問。

在太陽周圍，有地球、金星、火星、木星等大小不同的8個行星在不停地運轉，這些行星組成了太陽系。那么，在太陽系以外，又是一個怎樣的世界呢？那個聚集著約二億顆像太陽一樣的恒星，又形成了一個宇宙，這就是銀河系。銀河系的形狀像面凸鏡，鏡頭的直徑為10萬光年，中心部分厚度為1.5萬光年。一光年就是每秒鐘速度為30萬千米的光，用一年時間到達的極其漫長的距離。因此，光若從銀河系宇宙的一端出發，需不斷地飛馳10萬年才能到達它的另一端。這是人類無法想象的一個距離。

那么，如果飛出銀河系又會到達什么地方呢？在那里，有無數像銀河系一樣的宇宙，叫做星云。與銀河系鄰近的一個宇宙稱為仙女座流星群，這是個和銀河系大小、形態大致相同的宇宙體系，約聚集著2000億顆恒星。如果能畫出一個20億光年的大球，那么其中就容納了約30億個星云，這些無數的星云聚集在一起，形成一個大宇宙系。那么，這個大宇宙系有沒有邊緣呢？我們能不能看到這個大宇宙之外的東西呢？

1929年，美國的科學家哈佛爾根據常年觀察發現了一個奇異的現象：所有星云正離我們越來越遠。離我們約2.5億光年的發座星云正以每秒6700千米的速度離我們而去，5.7億光年外的獅子座星云正以每秒19500千米的速度前進，此外還有12.4億光年的牽牛座星云以每秒39400千米的驚人速度漸漸遠離我們。

通過上述情況可以預見，如果這種情況持續下去，星云到達100億光年的彼方，它們的速度將達每秒30萬千米，這和光的速度相等。這種情況產生的結果是：所有星云的光永遠照射不到我們的地球上來了。因此，100億光年的彼方將是我們所能見到的大宇宙的盡頭。前面還有星云，但是，由于光無法到達，我們也就無法觀測了。

當然這只是一種關于大宇宙的推測，畢竟誰也沒有見過大宇宙。關于大宇宙還有其他不同的解釋。有人認為，大宇宙呈氣球形，它像氣球一樣不斷膨脹，其中有些星云隨之離我們遠去。但到一定的時候，氣球又會縮小，星云也會隨之接近我們。有的人認為大宇宙是馬鞍形，其內部結構不斷地朝著鞍的4個邊緣方向擴展。按照這一解釋，在遙遠的將來，星星將逐漸遠離，夜空變得黑暗一片，再也看不到星星了。還有的人認為大宇宙是永恒的，雖然它會無限地擴展，但在擴展了的空間還會產生新的星球，大宇宙再怎樣膨脹，還會增加新的星家族，這樣大宇宙空間不會荒寂了。

宇宙到底有沒有盡頭呢？按照目前的天文測量水平，科學家還無法給出確鑿的答案。宇宙的盡頭，或許是人類永遠也接觸不到的空間。

宇宙末日會不會來臨

根據宇宙的大爆炸學說可知，宇宙產生于200億年前，而且在不斷膨脹。這使得人們不禁要問，宇宙要膨脹到何時，宇宙的歸宿是什么樣呢？

宇宙間的萬物生生死死，變化無窮。但宇宙永恒、無始無終。然而，宇宙壽命究竟是多少歲？科學家試圖破解這個謎團。

宇宙物質的運動是循環衍生的（生命只是物質運動的一種形式）。據計算，任何恒星經過100萬億年都會與另一顆恒星接近一次。這樣恒星周圍的行星就會被撞出而流離失所。這時，90%的恒星逃離星系，剩余者則形成一個大黑洞。

說到宇宙的年齡，人類不能再用通常的尺度，不是用百萬年，而是用億年為單位。但對宇宙的年齡，科學家們只是在推測和估算，還沒有找到一種絕對準確的方法。所以科學家們采用各種方法來取得能夠接近真實的結果。用同位素年代法測量地球、月球和太陽年齡是一種好方法。經測定，地球年齡為40億～50億年，月球年齡為46億年，太陽年齡為50億～60億年。運用這種方法測定宇宙年齡，天文學家布查測定的結果為120億年。球狀星團測定法是根據恒星演化理論來測算恒星年齡的一種方法，利用該法求得的宇宙年齡為80億～180億年。但是，人們對恒星進行觀測發現，最老的恒星年齡約200億年，因此，180億年的年齡是不夠的。那么，宇宙的年齡到底是多少呢？

哈勃常數測定法是基于宇宙膨脹的觀測事實確立的。在一個不斷膨脹的宇宙中，測定膨脹速度可通過紅移量的測量來獲得。測出鄰近星系與地球的距離，再由此標定紅移與距離的關系，就可求得宇宙的年齡。由此可知，關鍵是測出鄰近星系與地球之間的距離。測量地球與鄰近星系之間距離的方法有兩種，但兩種方法最終求得的宇宙年齡都在100億～200億年之間，這就是宇宙存在的年限。

不少科學家對宇宙壽命為100億～200億年之間的理論提出了異議。英國著名物理學家斯蒂芬·霍金認為，宇宙將無限膨脹下去。按霍金的說法，宇宙始于懸浮在一片沒有時間的真空的豌豆大小的極密物體。簡而言之，宇宙有始無終。

宇宙到底有幾個

一次大爆炸已經使我們很迷糊了，有一些科學家還要給我們宇宙的誕生“增加”一次大震蕩，并且給我們的宇宙找到了一位孿生兄弟，使它免于孤獨。

英國劍橋大學和美國太空望遠鏡協會的科學家有了一種宇宙形成的新理論，他們正在努力完善這種理論。這一理論認為，大爆炸是發生在另外一次大震蕩之后，這就是說，可能還有一個看不見的宇宙與現有的宇宙共存。

由美國普林斯頓大學的保爾·斯坦哈特教授提出的這一理論被稱為“M論”，它主要研究宇宙大爆炸發生前的事件和時間。在該理論所提供的模型中，宇宙共有十一維空間，其中六維因繞成微小絲狀而可忽略不計。宇宙在大爆炸之前的“和平年代”里是由兩個四維平面構成的，其中一個平面是我們今天的宇宙，另外一個是“隱藏”的宇宙。這一“隱藏”宇宙隨機波動，漸漸發生形變并接近我們的宇宙。它“濺”入我們的宇宙時，撞擊引起了大爆炸，那些能量在大爆炸中轉化為現在宇宙的物質和能量。我們的宇宙和一個“隱藏”的宇宙共同“鑲嵌”在“五維空間”中。我們的宇宙早期發生的大爆炸，是源自這兩個宇宙發生的一次相撞事故，我們宇宙中的物質和能量就來自相撞產生的能量。

中國科學院北京天文臺原臺長李啟斌教授的看法是，這一學說將開創一個宇宙起源研究的新局面。在物質世界各種規律中，宇宙的起源起著決定性的和綱領性的作用。在越來越多的實際天文觀察證據的支持下，“宇宙大爆炸”這一種關于宇宙起源的理論如今已被科學界普遍接受。

李教授說，新理論開創性地運用了物理學的新理論“超弦”。此前“宇宙大爆炸”理論運用的是愛因斯坦的廣義相對論。李教授說，在他給中小學生作報告的時候，對宇宙的起源問題的提問，僅次于“外星人”。這一難題的最終破解不僅是科學界的一件大事，也是一個很大的哲學新發現。

人們相信這一理論能解釋宇宙為什么膨脹及如何膨脹等有關宇宙的重要細節，其研究結果將可能告訴人們150億年前大爆炸發生前宇宙是個什么樣子。目前，這一仍處于研究階段的理論已引起了天文學家的廣泛關注。

尋找宇宙的中心

從古至今，人們每天都能看見太陽東升西落，好像太陽在圍繞地球運轉，這自然會讓人們產生地球位于宇宙中心的想法。后來，這種觀點被日心說推翻，它認為太陽才是宇宙的中心。那么宇宙的中心到底是什么？地球、太陽、銀河系還是河外星系，更或者宇宙根本就沒有中心？其實很久以前就有人思考過這個問題，人們通過大量的觀測工作記錄了許多測量數據，并根據這些數據形成了一些觀點和看法，但到目前為止還未形成一個系統的具有說服力的學說。

早在公元90～168年，古希臘學者托勒密就建立起了世界上第一個完整的地心宇宙體系。他在總結前人的觀點和測量數據的基礎上，特別是針對那時關于行星的觀測結果，提出地球處在宇宙的中心靜止不動這一說法。恒星均位于被稱做“恒星天”的固體球殼上，其他的天體如太陽、月亮、五大行星等都沿各自的軌道繞行在地球周圍，每顆行星都在一個小圓軌道上做勻速轉動，人們將這些小圓軌道稱為“本輪”。“本輪”的中心又在一個被稱為“均輪”的大圓軌道上圍繞地球勻速轉動。這樣，在以地球為中心的軌道上，“恒星天”和太陽、月亮、五大行星等各自做勻速運動。

就當時的科學狀況而言，托勒密的地心說中許多內容是比較科學的。例如，托勒密在研究天體運動時，建立了新的幾何學模型和坐標參考系。另外，他把恒星固定在被他稱為“恒星天”的固體球殼上，俗稱“水晶球”，至今人們還將這種假想的“天球”概念保留在天文觀測上。但是，托勒密的理論是錯誤的。

中世紀期間，歐洲教會就是利用這個錯誤來維持統治的，使西方認為地球是宇宙中心的錯誤歷史延續了1400多年。在這段時期，教會總是宣傳上帝居住的極樂天堂是最高天堂，“上帝選定的宇宙中心是地球”。教會把地心宇宙觀奉為神圣不可侵犯的真理。

但是，教會的統治并不能阻止人們探尋真理的腳步。

從14世紀中期開始，隨著人類不斷擴大生產活動、發展經濟，社會需求提高了，一種新的文化潮流在歐洲興起。15世紀，航海事業的發展促進了天文學的進步，為了正確導航，天文學家需要精確地觀測和預報天體的位置。這時人們發現，采用托勒密理論計算出來的行星位置與實際偏差很大，因此他的理論顯得非常不實用。

即使是這樣，仍有一些人堅決地維護地心說理論，他們采取在“本輪”上再加“本輪”的方法來處理出現的偏差，若計算出來的行星位置仍與實際位置存在偏差，就再加上一個本輪，以此類推進行下去，直到不再有偏差存在為止。有時幾顆行星的“本輪”數多達八十幾個，而且某顆行星究竟應該被加上多少個“本輪”才合理，誰也無法確認。天文學由此陷入了尷尬的局面。

1543年，波蘭天文學家哥白尼在《天體運行論》一書中向傳統的地心說提出了挑戰，認為地球是一顆不斷轉動的普通行星，太陽才是宇宙的中心，其他的天體都圍繞太陽運轉。那么哥白尼是一個什么樣的人，他的宇宙觀又是如何形成的呢？

偉大的哥白尼于1473年2月19日誕生在波蘭西部維斯杜拉河畔的托倫城。21歲時，哥白尼求學于歐洲最文明的國家，也就是當時文藝復興的中心——意大利。

在意大利生活的10年當中，哥白尼深受當時文藝復興思想的影響，例如他曾拜訪過達·芬奇這位文藝復興的代表人物。年長他20歲的畫家兼科學家十分蔑視宗教神學，認為教會利用天堂來做買賣，而天堂全是虛構出來的。達·芬奇試圖恢復一些古典哲學家的天文學說，主張宇宙的中心不是地球。和達·芬奇一樣，意大利天文和數學家諾瓦拉也反對地心說，哥白尼經常和他在一起觀測天象，探討怎樣改進“地心說”。當時，哥倫布發現新大陸的消息也將哥白尼創立新的天文學說的熱情和勇氣激發出來了。

哥白尼仔細閱讀了各種古羅馬和古希臘的哲學著作后，初步提出了“地動”的思想。這個在今天看來十分古老的科學見解在當時卻顯得很新鮮。

回到波蘭后，哥白尼將全部的精力投入到天文學研究工作上。經過數十年的辛勤工作，他終于創立了新的宇宙結構理論。哥白尼認為，巨大的天球并沒有動，人們看到的天球的運動只是一種表面現象。只是因為地球在自轉，所以人們產生了錯覺，認為天球在動。他大膽指出，地球不是宇宙的中心，地球只是繞著太陽在轉，太陽才是宇宙的真正中心。

隨著科學技術的發展，有人又提出一種新的觀點，認為太陽僅是太陽系的中心，銀河系也有中心，它周圍所有的恒星也都繞著銀河系的中心旋轉，但是宇宙是沒有中心的，即不存在一個中心，讓所有的星系圍著它轉。這種觀點可用宇宙不斷膨脹的理論加以解釋。因為在三維空間內，宇宙的膨脹一般不發生，只有在四維空間內宇宙才有可能膨脹。四維空間不僅包括普通三維空間的長度、寬度和高度，還包括時間。盡管描述四維空間的膨脹困難重重，但也許我們可以通過氣球的膨脹來解釋它。

假設宇宙是一個不斷膨脹的氣球，而星系遍布在氣球表面的各個點上，我們人類就住在某個點上。此外還需要假設星系只能沿著表面移動而不能進入氣球內部，或向外運動而不會離開氣球的表面，在某種意義上我們被描述為一個存在于二維空間的人。假如宇宙不斷膨脹，即氣球的表面不斷地變大，那么表面上的每個點的距離就會越來越大。其中，若以某個人所在的某一點為定點，這個人將會看到其他所有的點都在后退，而且距離他越遠的點，其退行速度越快。

現在，倘若我們要尋找氣球表面上的點的退行起點，那么我們就會發現它其實已經不在氣球表面上的二維空間內了。由于氣球的膨脹實際上是在三維空間內從內部的中心開始的，而我們所處的位置在二維空間上，所以我們無法將三維空間內的事物探測清楚。

同樣的道理，三維空間內部不是宇宙膨脹的起點，而我們卻只能在宇宙的三維空間內運動。在過去的某個時間，即宇宙開始膨脹的時候，或許是億萬年以前，雖然我們可以看到，可以從中獲得有關的信息，而回到那個時候卻是不可能的。所以說宇宙沒有中心。

但這種觀點同樣無法解釋所有的現象，宇宙到底有沒有中心仍有待證明。

宇宙中究竟有多少個星系

宇宙中無數的恒星不是均勻分布在宇宙中，而總是聚集成星系——就像是人們總是聚集在城鎮，而且星系之間空曠遼遠。

我們所在的星系叫做銀河系，它是一個由氣體、塵埃和約2000億顆恒星組成的巨大的旋轉中的“轉輪”。每顆恒星之間的距離大約有幾十萬億千米，我們熟悉的太陽位于銀河系的邊緣。

當我們觀察宇宙時，其實是透過銀河系里的恒星往外看，就像是雨天里透過雨幕看風景。我們在夜空中看到的單顆星星都是銀河系里的恒星。銀河系是一個旋轉星系，俯看就像是一個由恒星組成的巨大旋風。太陽和它的八大行星就位于從“旋風”中心伸出的一條旋臂上。太陽在旋臂里的運動速度是94萬千米/小時，按照這樣的速度，太陽需要大約2億年的時間才能繞星系一周。

從側面看去，銀河系是中間厚邊緣薄的碟子形狀。如果天氣晴好，我們可以看見夜空里有亮帶延伸，那其實就是銀河系的一部分。

如果能夠走出銀河系，我們就可以看到它的真面目：漆黑的背景上面布滿了星系，就像漆黑的海面上，小島都被點亮了。銀河系再大，也只不過是宇宙中約1000億個星系之一。雖然每個星系都由至少上百萬顆恒星組成，但它們距離地球太遙遠，以至于我們看到它們的光都很微弱。

一個普通的望遠鏡就可以讓我們看到數十個星系；一架更好的天文望遠鏡能夠讓我們看到更多星系，甚至可以看到幾個遙遠星系中的恒星。

仙女座星系是距離銀河系最近的星系，天氣晴好時，我們甚至不需要望遠鏡就能看到它。仙女座星系跟銀河系一樣，也是螺旋星系。所有的星系中，有一半都是螺旋星系，像一個自旋的轉輪。這些星系里有數不清的恒星，包括年輕的、年老的和中年的。

還有橢球形的星系——數十億顆恒星組成的大球。有些星系是正球形的，有些是扁球形。橢球形星系中所有的恒星都圍繞著中心旋轉，像一群飛舞的蜜蜂。這些星系中的恒星年紀都比較大，許多是紅巨星，所以橢球形星系往往都發出橙色的光。

還有其他形狀的星系，有些像沒有旋臂的漩渦（或者像照相機鏡頭），還有些沒有特定的形狀，所以叫做不規則星系。

星系看似平靜，實際上充滿了劇烈的自燃事件，強度絕不次于地球上的火山爆發和地震。例如，一次仍在持續的能量大釋放中，從M87星系中心噴出的藍白色高溫氣體噴流足有5000光年長。天文學家們認為，位于星系中心的黑洞能夠吞噬氣體、塵埃甚至整個恒星，它很可能就是星系上劇烈事件的根源。

星系之間也會發生碰撞，但因為每顆恒星之間的距離實在是太遠了，所以當星系相遇時，恒星之間并不會相撞，它們通常會從彼此身旁飛馳而過。由于星系的體積太龐大，這種“碰撞”需要持續幾百萬年，而不是幾分鐘。但是專家們可以在電腦上模擬出星系相遇的情景，模擬的過程是可以迅速完成的，這樣天文學家們就可以預言當兩個星系相遇的時候是怎么樣的，相遇之后又會發生什么事情。由于星系中恒星的運動就像夜晚天空中的航船，萬有引力使它們彼此吸引。有些恒星離開原來的位置，從而使交織的星系的形狀都發生扭曲。比如，當一個橢球形星系接近一個螺旋星系的時候，后者充滿恒星的旋臂就有可能受到前者的影響而偏離原來的位置。

目前，有些天文學家猜想，今天的大型星系很可能是由很多小星系融合而成的。例如，兩個螺旋星系合并起來就可能形成一個橢球形星系。因為在宇宙深處20億光年附近（也就是那里20億年前），天文學家們發現越來越多的小型星系和越來越多的大型星系。而且這些小星系大都沒有規則的形狀，既不是螺旋形也不是橢球形。天文學家們認為，10～100個這樣的小星系融合在一起才能演變成像銀河系這樣的螺旋星系。

脈沖星是如何形成的

脈沖星是一種體積小、密度大、高速旋轉的恒星，它在旋轉的同時發出窄束無線電波，就像旋轉的燈塔，只有它朝向我們的時候才能夠檢測到這些無線電波。所以從地球上看，這種奇怪的恒星發出的好像是脈沖信號。

脈沖星是一種中子星。有時，巨大的恒星會在激變爆炸中結束生命，而中子星就是這種爆炸的產物。

一個中等大小的恒星（如太陽）有上百萬個地球那么大。而一個巨星或超巨星的直徑是太陽的10～1000倍，中子星就是一個如此巨大的恒星塌陷為一個城市的大小之后形成的。這就是中子星的不同之處，它具有普通恒星的質量，但體積卻小到難以想象的程度——一湯匙大小的中子星物質足有10億噸重。

恒星爆炸后的殘留物質會發生塌陷，塌陷時，它的重力越來越強，原子則被擠得越來越靠近。在一般情況下，原子之間會保持一定距離，因為原子中繞原子核運動的電子使原子間相互排斥。但在中子星中，電子受到強大的擠壓離開原來的軌道，進入原子中心。原子的中心是原子核，由質子和中子組成，進入原子核的電子與質子發生反應，形成更多中子。最終，該恒星充滿了中子，于是中子星就形成了。

科學家認為，中子星在人類發現它之前已經存在很長時間了。1967年11月，人類第一次發現它存在的跡象：英國的一個射電望遠鏡陣列發現了宇宙中一個新的無線電波源。

宇宙中有許多種無線電波源，比如說，在恒星間漂移的水分子和氨分子就會發出無線電波，這些無線電波可以被射電望遠鏡的碟形天線接收。

脈沖星發出的無線電波與其他無線電波都不相同。喬瑟琳·貝爾是一位研究生，當她偶然發現這些奇怪的信號時，她仔細研究了這些電波的特點，她驚奇地發現，這個無線電波源規律地發出無線電波——每次間隔時間是1.337秒。

貝爾的發現公之于眾后，很多人以為她發現了地外文明建造的無線電信標機，但是幾個月之后，另一個脈沖射電源被發現了。于是，科學家不再認為貝爾發現的是人造物體發出的無線電波。天文學家最終認定，這些無線電波源是恒星塌陷的產物，并將其命名為脈沖星。事實證明，脈沖星是中子星的一種。從此之后，成百上千的脈沖星陸續揭開了它們神秘的面紗。

不過脈沖星為什么會產生脈沖呢？科學家認為是因為其高速自轉的緣故。所有的恒星都會自轉，太陽自轉一周需要近1個月。所有旋轉的物體，當其縮小時旋轉速度都會加快。想一想花樣滑冰運動員，當他們做旋轉動作時，慢慢地把手臂縮向胸前會讓他們轉得越來越快。對于塌陷的恒星也是同樣的道理。一個城市大小的脈沖星可以每秒自轉一周，還有轉得更快的。

再來看看脈沖是如何形成的。脈沖星有強磁場，南北極附近的自由質子和電子沿著磁場線被掃射出來，當這些粒子加速時，就會放出能量光子——從X射線到無線電波。因此，脈沖星旋轉時，窄束輻射閃出，就好像旋轉的燈塔發出的光忽明忽暗。

宇宙中相互“殘殺”的星星

前不久，美國天文學家就發現了這種互相吞食的現象。主角是兩顆恒星，并且是一對雙星，都已進入衰亡期，均屬白矮星。這兩個星球體積很小，可質量要比太陽大得多。經觀測發現，這兩顆星體靠得很近，彼此圍繞著對方旋轉運動。其中一顆大的恒星，在不停地吞吃比它小的那一顆。大恒星把小恒星的外層物質剝下來吸到自己身上來，自己變得越來越胖，質量和體積不斷增大。而那顆被吞食的恒星，變得越來越小，最后只剩下一個光禿禿的星核了。

不止是星球之間存在著彼此吞食的現象，星系之間也在互相吞食和殘殺。現在有一種理論認為，宇宙中的橢圓星系就是兩個旋渦扁平星系互相碰撞、混合、吞食而形成的。有人曾經用計算機做過模擬實驗：用兩組質點代表星系內的恒星，分布在兩個平面里，由于引力作用，星系內的恒星在一定的規律作用下相向而行，逐漸融合成一個整體。

加拿大天文學家科門迪通過觀測還發現，某些巨大的橢圓形星系，其亮度分布異常，仿佛中心部位還有一個小核。他認為，這是一個質量較小的橢圓星系被巨橢圓星系吞食的結果。

但由于星系之間、天體之間距離都極為遙遠，碰撞和吞食的機會很少，所以，要想證實以上說法是不是成立，還需要一段時間。