震撼宇宙,大而无外!可观测宇宙的直径为 920 亿光年。NASA图片显示了它的大小

这张由宇航员凯伦·尼伯格 (Karen Nyberg) 于 2013 年从国际空间站拍摄的图像显示了马斯卡林高原南部最大的两个岛屿:前景中的留尼汪岛和部分被云层覆蓋的毛里求斯岛。要从国际空间站的高度观察地球上的人类,需要一台哈勃大小的望远镜。人类的规模还不到地球的1/5,000,000,但地球只是宇宙海洋中的一滴

人类所经历的一切都仅限于一个直径只有 13,000 公里的球体。

这种地球景观来自美国宇航局的信使号航天器,该航天器必须执行地球和金星的飞越,以失去足够的能量才能到达其最终目的地:水星。圆形、自转的地球及其特征是不可否认的,因为这种自转解释了为什么地球在中心膨胀,在两极被压缩,并且具有不同的赤道和极地直径。尽管如此,地球的平均直径略低于 13,000

甚至其他行星也经常占据地球体积的数千倍。

太阳系的行星在这里被显示为根据它们的物理大小来衡量,而不是根据它们之间的距离来衡量。木星和土星的直径都是地球的十倍以上,一些巨行星可以达到木星的两倍大。(图片来源:NASA/月球与行星研究所)质量在 13-80 个太阳质量之间的褐矮星会将氘 + 氘融合成氦 3 或氚,其大小与木星大致相同,但质量要大得多。红矮星只是稍大一些,但类太阳恒星在这里没有按比例显示,而且会大很多倍。(图片来源:NASA/JPL- Caltech /UCB)

最大的超巨星直径超过数十亿公里。

这张插图显示了宇宙中一些最大的恒星,以及土星(棕色椭圆)和海王星(蓝色椭圆)的轨道以供比较。这些恒星从左到右依次是最大的蓝超巨星、黄超巨星、橙超巨星,然后是最大的两颗恒星:红超巨星 UY Scuti 和 Stephenson 2-18。最大的恒星大约是我们太阳直径的 2,000 倍。

它们的大小与最大的超大质量黑洞事件视界相当。

该图显示了 OJ 287 系统中两个相互环绕的超大质量黑洞的事件视界的相对大小。较大的一个,约 180 亿个太阳质量,是海王星轨道大小的 12 倍;1.5 亿太阳质量中较小的一个,大约相当于小行星谷神星绕太阳运行的轨道大小。很少有比我们的星系小得多的星系拥有“仅”约 400 万个太阳质量的超大质量黑洞。

但即使是最大的单个物体也无法与宇宙的物体集合相匹配。

从对数尺度上看,太阳系突出了一些物体的距离。行星、柯伊伯带、奥尔特云和最近的恒星都在这里展示,航海者一号目前距离太阳 155.5 天文单位,是我们最遥远的人造航天器。(图片来源:NASA/JPL-Caltech )

在每个恒星系统周围,奥尔特云跨越数光年:数十万亿公里。

太阳周围的内外奥尔特云示意图。内奥尔特云是环形的,而外奥尔特云是球形的。外奥尔特云的真实范围可能小于 1 光年,也可能大于 3 光年;这里有很大的不确定性。伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星的远日点不到 1 光年,这表明奥尔特云至少有那么大。

恒星本身聚集在一起形成巨大的星系组合。

整个矮星系 Segue 1 和 Segue 3 中只有大约 1000 颗恒星,它们的引力质量为 600,000 个太阳。组成矮卫星 Segue 1 的恒星在这里被圈出。随着我们发现恒星数量更少、更小、更暗的星系,我们开始认识到这些小星系是多么普遍;仅我们本地组就有近 100 人。(图片来源:Marla Geha /Keck 天文台)

至少,它们拥有数千颗恒星,跨越数百光年。

巨大的星系团 Abell 2029 的核心是星系 IC 1101。它的直径为 5.5 到 600 万光年,拥有超过 100 万亿颗恒星和近 1000 亿个太阳的质量,以许多指标衡量,它是已知最大的星系。不幸的是,由于其有限的年龄和暗能量的存在,宇宙很难使单个物体显著变大。(图片来源:数字化巡天 2;NASA)

最大的星系包含超过 100 万亿颗恒星,破纪录的Alcyoneus 跨越了前所未有的 1600 万光年

在首张此类图像中,所有星系的规模都得到了展示,包括银河系、仙女座、最大的螺旋星系 (UGC 2885)、最大的椭圆星系 (IC 1101) 和最大的射电星系 Alcyoneus一起,并准确地按比例缩放。(图片来源:E. Siegel)

在更大的尺度上,星系聚集在一起,形成了长达数亿光年的结构。

令人印象深刻的巨大星系团 MACS J1149.5+223,其光经过 50 亿年才到达我们身边,是整个宇宙中最大的束缚结构之一。在更大的范围内,附近的星系、星系团和星团可能似乎与它相关,但由于暗能量而被驱离该星团;超星系团只是表面上的结构,但最大的星系团仍然可以达到数亿光年,甚至可能达到十亿光年。(

最大的超星团、空洞和细丝——尽管不受引力束缚——延伸了数十亿光年。

斯隆长城是宇宙中最大的明显的、被认为可能是短暂的结构之一,宽约 13.7 亿光年。它可能只是多个超星系团的偶然排列,但它绝对不是一个单一的、受重力约束的结构。斯隆长城的星系如右图所示。(图片来源:Willem Schaap(左);Pablo Carlos Budassi(右)/Wikimedia Commons)

总体而言,我们可观测的宇宙跨越 920 亿光年。

我们可见宇宙的大小(黄色),以及我们可以达到的数量(洋红色)。可见宇宙的极限是 461 亿光年,因为这是一个发射光的物体在远离我们 138 亿年之后距离我们今天刚刚到达我们的距离的极限。然而,在大约 180 亿光年之外,我们永远无法进入一个星系,即使我们以光速向它前进。在可观测宇宙的极限之外还

但不可观测的宇宙必须至少大数百倍

该模拟显示了暗物质的宇宙网及其形成的大规模结构。正常物质存在,但仅占总物质的 1/6。同时,物质本身仅占整个宇宙的 2/3,其余部分由暗能量构成。不可观测的宇宙必须至少延伸到我们可以看到的可见宇宙范围的约 400 倍,这意味着我们 920 亿光年直径的宇宙不到最小体积的百万分之一。

据我们所知,宇宙甚至可能是无限的

虽然预计许多独立的宇宙将在膨胀的时空中产生,但膨胀永远不会同时在所有地方结束,而只会在被持续膨胀的空间隔开的不同独立区域中结束。这就是多元宇宙的科学动机的来源,为什么没有两个宇宙会发生碰撞,以及为什么我们完全期望随着时间的推移,不可观测的宇宙会趋于无限大。

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