在一個遙遠星系的邊緣，一顆巨星度過了它生命的最后一周——它已經(jīng)如此衰老,，以至于中心都蛻變?yōu)殍F核,。 對一顆恒星來說，擁有一個鐵核無異于被判處了死刑,。一旦擁有了金屬內(nèi)核,，恒星就再也沒有可以燃燒的東西了。聚變會停止,，這顆超巨星只能任由重力擺布,。 不過，重力能夠做到恒星無力去完成的事：將鐵聚合,。十分之一秒之內(nèi),，這顆恒星的那個約莫太陽大小的內(nèi)核將坍縮成奇異的中子星物質——直徑只有幾十千米的一團中子。這一劇變會釋放以每小時2.1×10^10m 的高速爆發(fā)的激波,，以及高達數(shù)十億攝氏度的輻射烈焰,。恒星的殘存部分會被撕扯粉碎，亮度相當于100 億顆太陽的光芒將充斥天空,。
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▲白矮星爆炸殘留 來自這團明亮光芒的光子以每秒3×10^8m的速度向著宇宙深處奔騰而去,。年復一年，日復一日,，它就這樣不知疲倦地向我們奔來,。 遙遠的距離讓這明亮的光芒衰弱了很多。這顆超新星的光芒,，并不足以幫我們看清書本,，因為它只是裸眼不可見的暗弱微光。 當然,，并不是所有抵達地球的光子都具有這樣非凡的起源,，也不是所有光子都能穿越數(shù)百萬光年進入我們眼中。但所有的光子都扮演著信使的角色,，因為它們攜帶著宇宙成分及其能級的信息,。光是我們感受宇宙的媒介,，沒有光的宇宙將是黑暗且不可理解的。只有我們看到了什么東西,，我們才有可能試著去理解它：我們剛才對那顆假想恒星的毀滅過程的描述,，正是根據(jù)對數(shù)百顆超新星的觀測研究才拼湊出的圖景。 光一年可以走大約9.5×10^12km,，沒什么比光走得更快的信使了,。但光速與宇宙的浩瀚相比也算是小巫見大巫了，這使得宇宙中所有的事件跟我們之間都會有通信延遲,。當一個河外超新星的光進入我們的視覺范圍時,，那個星系中整一代的恒星都已經(jīng)消亡了，它們遺留的塵埃也已經(jīng)被整合到了一顆新的恒星中——最初的那次超新星爆發(fā)根本不會留下什么紀念,。光的有限速度意味著,，所有通往空間的路也同時通往過去。以永遠無法獲知整個宇宙現(xiàn)在的模樣為代價,，我們得以直接地探索宇宙深邃的過去,。只需向宇宙深處看去，我們就能親眼目擊它的進化并重建它的歷史,。最終,，對我們理解宇宙而言，這樣一種超越時間的觀察比能夠完整地看到宇宙現(xiàn)在的樣子更寶貴,。
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雖然充滿著光子,，但讓人驚訝的是，宇宙只有很小的一部分是肉眼可見的,。在沒有器材輔助的情況下,，我們在地球上只能看到宇宙中大約7×10^22 顆恒星中的6000 顆左右——即使在其他地方看也差不多。宇宙中的塵埃,、遙遠的距離,、城市的光污染和厚重的大氣層都在阻止我們看到更多的恒星，但其實更本質的原因是,，大多數(shù)其他波長的光對我們來說都是不可見的,，因而我們無法看到天球上的大部分居民。 我們很熟悉可見光中的赤,、橙,、黃,、綠,、青、藍,、紫,，除此以外,，其實還有一個更加豐富多彩的世界——因為宇宙以一個廣闊的能量譜而閃耀著，它遠遠大于人類的能見范圍: 黑洞被明亮的X 射線圍繞,，那是物質旋轉著掉進去時所發(fā)出來的,；恒星“胚胎”像藏寶箱一樣在紅外波段中熠熠生輝，那是被周圍云團嚴實包裹的結果,；星云沐浴在超巨星的紫外光中,；大爆炸的尾聲以微波波段回響著。 直到20 世紀,，我們才意識到光的多面性,，從而才得以走進這個不可見的王國——并不意外，我們對宇宙的探索和我們對電磁波段的探索攜手前行,。沒有現(xiàn)代技術提供捕捉這些不可見波段的“超感”能力——以及加強我們對可見光的感知——我們對宇宙的認識將會非常貧瘠和局限,。 我們對宇宙的想象總是被觀測的限制所制約：在我們從太陽系望向銀河系、從銀河系望向星系際空間的過程中,，我們實際上也逐個看過了歷史上的一系列“宇宙”,。對古代天文學家來說，太陽系就是整個宇宙,。他們的宇宙以地球為中心,，周圍圍繞著的是鑲嵌著固定恒星的水晶天球。1543 年,，尼古拉斯·哥白尼重新整理并擴大了這幅微縮的宇宙圖景,，但他沒能拋棄宇宙的“水晶穹壁”。1672 年,，喬瓦尼·多梅尼科·卡西尼測量了地球和太陽之間的距離,，由此，太陽系的真實圖景開始形成,。
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▲機遇號火星探測器
那時的天文學家們開始猜想,，宇宙的大小遠在太陽系的邊界之外。但他們需要證明這個猜想,。1761年和1769 年的兩次金星凌日讓地球軌道得以被精確測定,，這給我們進一步測量其他恒星距離提供了所需的地球公轉基線長度。最早測出的恒星視差（10 光年外的天鵝座61）是在1838 年測定的,，這讓我們對宇宙的認識走向了星系尺度,。 到1920 年，實際觀測已經(jīng)將我們的宇宙邊界推向了30 萬光年之遠,，這包括了銀河系和麥哲倫云星系,，但并不包括其他星系。星系際尺度的突破發(fā)生于1924 年,，哈勃用當時最先進的威爾遜山天文臺口徑為2.5m 的胡克望遠鏡成功分辨出了“仙女座大星云”M31 中的單個恒星,。根據(jù)他的觀測,，這些恒星所處的位置遠在銀河系的邊界之外。因此很明顯,，“仙女座大星云”自己就是一個星系,，繼而我們也有理由認為，其他的“旋渦星云”也是自成一體的旋渦星系,。 將這些“星云”逐出銀河系之后,，哈勃揭秘了一個橫跨數(shù)十億光年的夜空，但他最重要的發(fā)現(xiàn)尚未到來,。1929 年,，通過對這些“新”星系的分析發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系都在遠去,，而且速度和距離剛好成正比,。這個關系說明宇宙在膨脹：在過去的某個時刻，宇宙起源于一個具有有限體積的一點——這一觀測符合愛因斯坦廣義相對論的預言,。正是在這一基石上,，后人提出了現(xiàn)今公認的宇宙大爆炸模型。 20 世紀中葉,，太陽系中的行星和衛(wèi)星“在水晶天球上”的迷思已經(jīng)被破除了,，它們在更宏偉宇宙中的位置也被精確地確定了下來。但是想要看到這些近鄰的更多細節(jié),，地球上的觀測總顯得力不從心,。那時，太陽系的地圖上還有大量未經(jīng)探索的地域,。
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▲土星
在過去的50 多年中,，太陽系所有的行星都已經(jīng)被造訪，雖然其中有些只是路過,。 因此,，在21 世紀初葉，隨著人類積累了越來越多的天文觀測結果,、理論和專業(yè)技術,，我們發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)沐浴在一個宏大宇宙的光輝中了。近些年新揭示的宇宙畫面仍然充滿著無數(shù)的不解之謎,，但現(xiàn)在我們完全可以先把這些困惑擱置一邊,，僅僅享受這風光：我們走向宇宙的旅程會從這里開始。 千里之行,，始于足下,。我們的旅行也不例外。我們將首先一腳跨過地月之間3.85×10^5km 的距離。這段花費阿波羅號飛船宇航員4 天的航程,，在我們以光速前行的旅程中,，只花費了1.3 秒,。在這樣的速度下,，去往水星、金星,、火星和太陽都只需要幾分鐘的時間,，而我們離太陽系邊緣的冰封小天體地帶也僅有數(shù)小時之遙。 繼續(xù)去往下一個地標——半人馬座比鄰星,。我們必須把步子邁得稍微大些,，然后在繼續(xù)向銀河系深處前進的路上邁得更大些。現(xiàn)在,，距離以幾百甚至數(shù)千光年來衡量,。在這個尺度上，恒星生命的節(jié)律在我們眼前順次展開：我們穿過孕育新恒星的暗星云,；我們目睹死亡恒星的爆發(fā)和隱去,，看它們留下一團塵埃云作為超新星的遺跡。在走近銀河系核心的路上,，我們穿越恒星間距離彼此僅數(shù)光周的致密星場,。在這里，以一個有著300 萬個太陽質量的特大質量黑洞為中心,，大量白矮星,、中子星和超巨星密集地圍攏在其周圍。
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▲昂星團 要跨出我們銀河系的邊界,，我們必須再次邁開步伐,。如果我們要去到銀河系的伴星系大麥哲倫云和小麥哲倫云，那需要走上十幾萬光年的路程,；而如果要確?？缭秸嬲男窍惦H空間，我們要再走上百萬光年之遠,。雖然星系之間距離遙遠,，但星系際空間遠不算空曠。事實上,，相比于星系中恒星之間的空曠,，星系與星系之間要緊密得多。星系們并非一個個獨自閃耀的孤島,，它們不斷地相互作用,、并合和演化。宇宙深處飄蕩著它們相撞的回響,。 繼續(xù)向前推進視野,，我們來到數(shù)十億光年之大的廣袤王國,。在這里，我們能看到宇宙景觀的大尺度結構,。龐大的星系團在宇宙的蛛網(wǎng)上變得仿若微塵,，它們的重力將空間彎曲，如萬花筒一般,，把宇宙原初的光線投射向我們,。通過超靈敏的紅外探測器的慧眼，我們?nèi)缃褚呀?jīng)能夠清楚分辨這曾經(jīng)荒蕪的“紅移沙漠”,，發(fā)現(xiàn)一個奇怪的初生宇宙的“伯吉斯頁巖”：它們詭異的造型乃是宇宙秩序剛剛從混亂中成型時鴻蒙初開的標志,。 再跨一步，我們就走向了無盡的黑暗：我們進入了宇宙的黑暗時期,，那里沒有恒星,，沒有星光。最后,，在134 億光年之遙,、僅僅距大爆炸379000 光年的地方，不期而遇的一陣輻射印刻著大爆炸的遺痕,。這是我們最后的地平線——我們抵達了光的天涯海角,。再往前走，光線的傳播將被一團致密的超熱等離子體云霧所阻斷,，我們無法再隨著光線繼續(xù)向前了,。
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在黑暗中，剛才先放置一旁的一些問題再次困擾我們：宇宙灼灼其華,，卻似乎少了什么,。只有當星系具有十倍于它們所示的質量時，其形狀,、分布和運動才能為我們所研究與解釋——我們穿越了137 億光年的時空,，卻沒看到這些遺失質量的跡象。如果我們的計算沒錯,，這些“暗”物質占據(jù)整個宇宙的87%——包括行星,、恒星、星系等——我們在旅程中似乎見識了一切,，但依然迷失在這黑暗之洋中,。原來最終，暗物質才是宇宙中真正的主角：它把星系聯(lián)結在一起,，將星系團編織成網(wǎng),。不過我們最終有能力揭示它的存在，也恰恰證明了：宇宙雖然有一大部分是看不見摸不著的，但它絕不是不可理解的,。 好書推薦 《宇宙：從地球到宇宙邊緣的旅行》
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