自从人类观测水平的提高,科学家陆续发现了许多奇怪的天文现象。有一个美国的科学小组发现,银河系一直在以600千米/秒(换算成时速大概是200万千米)的速度向某个方向狂飙。那这到底是咋回事呢?
天体的移动
我们都知道,地球绕着太阳公转,如果以太阳为参考系,地球的速度是29.79千米/秒。同样地,太阳其实只是银河系中微不足道的一小块,而是位于银河系的郊区。
科学家估算过银河系中类似于太阳这样的恒星有1500亿-4000亿颗。太阳绕着银河系的质心公转,由于暗物质的存在,这个公转速度大概是240千米/秒。
当然,银河系再往上还存在着更大的宇宙结构,这个宇宙结构被我们称为本星系群。在本星系群中存在着几十个类似于银河系这样的星系,其中仙女座星系是最大的,银河系第二大。
按照我们目前的观测来看,银河系和仙女座星系正在相互靠近。按照目前的理论,星系的形成很可能就是这样一点点合并出来的,所以,银河系和仙女座星系的相互靠近并没有什么特别的。科学家估算,在40亿年前后,银河系和仙女座星系会最终合并成一个大星系。
如果将仙女座星系作为参考系,那么银河系就正在以110千米/秒靠近仙女座星系,只是银河系不是走直线,而是螺旋线。当然,这里的110千米/秒还是远远小于600千米/秒,那为什么银河系会有如此大的速度,这还需要从更大的宇宙结构说起。
无论是地球绕着太阳转,还是太阳绕着银河系的质心转,或者是银河系和仙女座星系的合并,本质上都是引力在作祟。如果我们从更大的尺度来看银河系或者本星系群那还会是这样的吗?
比本星系群更大的宇宙结构是本超星系团,也被称为室女座超星系团。
巨引源
科学家通过观测和对宇宙微波背景辐射的研究就发现,室女座超星系团正在朝着一个长蛇座的方向移动,这也连带着银河系、本星系群一起朝着长蛇座的方向移动。不仅如此,科学家还发现,有数百万个星系都朝着同那个方向在移动。这说明存在这一个巨大的引力源,这也被我们称为巨引源。
通过计算,科学家发现这个巨大的引力源位于拉尼亚凯亚超星系团的中心,距离银河系至少1.5亿光年,质量大概是(3 ~ 5.4)*10^16倍的太阳质量。
也就是说,室女座超星系团乃至银河系、太阳系、地球其实都在朝着巨引源运动,银河系的速度是600千米/秒。那会不会有朝一日,银河系到达巨引源呢?
答案是:不会。
大尺度与小尺度
要了解这个问题之前,我们需要先对尺度有一定的了解。话说在1687年,牛顿发表了他的著作《自然哲学的数学原理》,其中他提出著名的万有引力定律,并且利用万有引力定律统一了天上和地球表面的物理学规律。
但是牛顿其实也遇到了一个很为难的问题,我们可以想象一下,如果宇宙中只有引力,那么宇宙势必会在引力的作用下向中心聚合,最后挤压在一起。可是我们并没观测到挤压的情况,那究竟是咋回事呢?
牛顿为了解决这个问题就提出,宇宙应该是无限大的,以至于没有中心,或者处处都是中心,这样就可以处处都引力平衡了。不过,后来随着广义相对论的提出,勒梅特,哈勃、伽莫夫等近代科学家的努力,我们知道,宇宙其实不是静止不动的,而是在膨胀的。
不仅如此,在1998年,两个科学小组发表了他们观测Ia型超新星的结果,这个结果表明宇宙正在加速膨胀。这意味着宇宙还存在着一种驱动宇宙膨胀的物质,这个物质被我们称为暗能量。
与此同时,科学家还发现,宇宙中还有其他的物质在提供引力,而我们没有办法观测到它们,这种物质被我们称为暗物质。
暗能量是目前宇宙的主导,提供的是斥力,已知物质和暗物质提供的是引力,因此,宇宙正在加速膨胀。
由于暗物质、已知物质和暗能量的存在,使得宇宙从小尺度上看是和大尺度上不同的。小尺度上看,引力是主导,而从大尺度上看,斥力占据主导。所谓的大尺度指的是直径为1亿光年的宇宙空间。
而巨引源距离银河系在1.5亿光年以上,这个距离已经超过了1亿光年的尺度,因此,在这个尺度下,斥力占据主导,因此,虽然银河系是朝着巨引源在运动,但由于宇宙空间的膨胀,银河系实际上是距离这个巨引源越来越远的。