宇宙（2/2）

星系团等更高层次的天体系统，而且已使我们的视野扩展到远达大约140亿

光年的宇宙深处。

模型

理论基础

1911年，E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年，

伯特兰·阿瑟·威廉·罗素则绘出了恒星的光谱－光度图，即赫罗图。罗素在获

得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始，先收缩进入主序，后沿主序下

滑，最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年，亚瑟·斯坦利·爱丁顿提出

了恒星的质光关系；1937～1939年，C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能

源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素

银河系

银河系

理论被否定，并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研

究，起步较迟，它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。

1917年，A.阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静

态、有限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。1922年，G.D.弗

里德曼发现，根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程，宇宙不一定是静态的，它

可以是膨胀的，也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙，后者对应于闭

合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年哈勃发现

了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨

胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶，G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙

模型。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此，许多

人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年，美国的古斯在热大爆炸

宇宙模型的基础上又进一步提出了大爆炸前期暴涨宇宙模型。

星空图景

当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、像布一样的、不

断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

层次结构行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八颗行星：水星金

星地球火星木星土星天王星海王星。除水星和金星外，其他行

蜘蛛星云

蜘蛛星云

星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星月球，土星的卫星最多，已确认的

有28颗。行星小行星彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳

系。太阳占太阳系总质量的99.86%，其直径约140万千米，最大的行星木

星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米（以冥王星作边界）。有

证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星

际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物

质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去则呈旋

涡状。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心

约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星

系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系

团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发

现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星

系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系

团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团

内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和

其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。

麦哲伦星云&amp

麦哲伦星云&amp

宇宙历史

宇宙历史

据媒体报道，美国有线新闻网（CNN）科学空间频道在2012年度评选

出最壮观的行星、卫星、星系以及星云照片，这些都是令人惊叹的宇宙空

间照片，其中包括猎户座星云、土星的神秘而漂亮的环结构，还有地球北

极地区美丽的极光或者火星上的沙尘暴天气等。图中显示的猎户座星云图

像，由阿塔卡玛探索者实验望远镜在亚毫米波长上所拍摄，显示了这片恒

星形成区中正在形成新的恒星。

起源与结局

宇宙的不断膨胀

一般认为，宇宙产生于140亿年前一次大爆炸中。大爆炸后30亿年，

最初的物质涟漪出现。大爆炸后20亿～30亿年，类星体逐渐形成。大爆炸

后90亿年，太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。

大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是

由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象

宇宙会因引力而不再膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种“暗能量”会

产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。

大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争，爆炸产生的动力是一种

斥力，它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力，它会阻止天

体远离，甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关，因而大

爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀，还是最终会停止膨胀并反过来收缩变

小，这完全取决于宇宙中物质密度的大小。

理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密

度，宇宙就会一直膨胀下去，称为“开宇宙”；要是物质的平均密度大于临界

密度，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为“闭宇宙”。

问题似乎变得很简单，但实则不然。理论计算得出的临界密度为

5×8^－30克/厘米3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间

存在广袤的星系间空间，平均密度就只有2×10^－31克/厘米3，远远低于上

述临界密度。

然而，种种证据表明，宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质，

其数量可能远超过可见物质，这给平均密度的测定带来了很大的不确定因

素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问

题。不过，就目前来看，开宇宙的可能性大一些，因为宇宙中还有更多的

暗能量。

恒星演化到晚期，会把一部分物质（气体）抛入星际