上篇：宇宙——空间的艺术

我们说宇宙包含了一切时间、空间和其中的物质。但是，关于宇宙空间的图景、以及我们人类在宇宙中的位置，人类的探索和思考却是一个艰难漫长的过程。

在望远镜发明以前，人们仅凭肉眼观察星空，理所当然会以为自己才是宇宙的中心，日月星辰都在我们头顶围绕我们运动。那个时候，哥白尼和布鲁诺，作为先驱提出了日心说，他们认为地球只是围绕太阳运行的行星，而宇宙是无限的。只不过，他们的洞见太过超前，又与宗教界发生冲突，布鲁诺因此付出了生命的代价。

但是，真理可能会迟到，却不会缺席。十年后，天文学家伽利略第一次将望远镜对向广袤的天空，一望无垠的星空令人敬畏，他感到，布鲁诺关于宇宙的无限学说可能是对的。

1990年，人类再一次突破局限，将望远镜搬到了太空中，这就是著名的哈勃望远镜。随着人类可以将观测的眼睛放进深空，人们发现，每一片星系都显示出密密麻麻、繁复无比的结构，宇宙在人类的眼里变得更加深不可测。它就像某种超现实主义的艺术作品，看似整体，却包含无限的紧密相连的微观图案，无限延展，好像没有尽头。

美国普林斯顿大学艺术家Pablo Carlos Budassi创作的《宇宙之眼》

那么，我们地球在宇宙中是一个什么样的存在呢。请跟随小墨尽可能的想象一下。

我们的蓝色家园——地球，平均半径是6371千米。但是，如果将太阳看做一个乒乓球，那地球就只是一颗不起眼的小沙粒——因为太阳的直径大约是地球的110倍，而地球与太阳的距离又是太阳直径的一百倍。

地球仅仅是太阳的行星之一。除了地球之外，太阳还拥有七大行星。其中，最近的水星距离太阳大约是5800万千米，而最远海王星距离太阳大约有45亿千米——这个距离可以塞得下好几十万个地球。由于轨道的大小不同，水星绕太阳一周不足三个月，而生活在海王星上的人哪怕过完百岁生日，也没法儿经历一个完整的四季。

而太阳系这个以太阳为中心的恒星系，除了包括这八大行星外，还包括这些行星的卫星、若干颗矮行星、不计其数的小行星以及其他天体。他们都受到太阳引力的作用围绕太阳运动。

可是，即使太阳系如此庞大，它在银河系中也只是一个微不足道的小点。让我们把尺度拉大，看看这个美丽的漩涡星系——银河系。

其实，从远古时期人们就仰望着的夜空中银白色的弧形缎带——美丽的银河，她只是气势恢宏的银河系庞大身躯的一小部分。早在两百多年前，威廉.赫歇尔和他的妹妹卡洛琳.赫歇尔、儿子约翰.赫歇尔，一起记录下了南、北半球的81万颗恒星及其分布，最后得到的恒星分布图就是人类肉眼能够观测到的银河系主要恒星的分布情况。后来，随着人类观测的手段不断延伸，我们已知的银河系恒星总量已经达到了两千亿颗。

银河系是典型的旋涡星系，它的银盘主要由四条旋臂、旋臂以外的散落形体以及星际物质构成。它的尺度已经不能用“公里”来计算，它的巨大盘面直径达到90000光年，中心核球的厚度大约一万光年。银河系的四条主要旋臂分别为船底-人马座旋臂、盾牌-南十字座旋臂、英仙座旋臂和矩尺座-天鹅旋臂，每条旋臂上都有上百亿颗恒星，而我们的太阳系位于小旋臂——猎户臂的内侧边缘，远离银河核心大约27000光年，在近圆轨道上围绕银心运行。

类似银河系这样的旋涡星系是宇宙中最优美的星系种类，我们目前已知最大的旋涡星系大约有银河系的10倍大，最小的旋涡星系直径只有银河系的五分之一。它们的运动方式独特优美耐人寻味——不仅存在公转和自转，还存在着与引力相关的密度波运动。密度波运动独立于银河系整体的公转，看上去像海洋中的波浪，由此引发的引力变化，造成旋臂上的成员动态变化，甚至可能导致新恒星的生成、死亡、轮回不息，同时闪耀着光芒。

银河系有两个不规则卫星星系——大麦哲伦云和小麦哲伦云。之所以这样命名，是为了纪念葡萄牙航海家麦哲伦在环球旅行时所进行的天文观测。麦哲伦星云是人类最早能确认的河外星系之一，它们距离银河系很近，肉眼就能清楚观察到。大、小麦哲伦星云绕银河系轨道一周需要15亿年。没有固定形状，它们和银河系以及与暗物质可能存在的各种相互作用，为我们理解星系的形成、演化以及天体物理规律，提供了很多重要信息，也留下了很多争议和谜团。

除了旋涡星系和不规则星系以外，还有一种星系普遍存在但可能表现得过于中规中矩——椭圆星系，它是由恒星堆砌而成的球形或橄榄形星系。

之所以会形成这三种不同形态的星系，科学家尝试过不同的解释。最新的观点认为，这是星系碰撞的结果。科学家通过观测60亿光年远处星系的样子，绘制了60亿年前星系的图景，发现很可能是旷日持久又频繁发生的星系碰撞产生了各种星系形态。当两个星系并合，碰撞产生的摩擦力和引力相互交织，旋涡星系的旋臂可能会被扭曲甚至撕裂，恒星轨道会被打乱甚至被抛离原有星系，最后，原有的旋涡星系解体，留下的恒星聚合成椭圆星系。

正如银河系包含2000亿颗太阳一样的恒星，银河之外是不是也存在类似银河的星系呢？其实，从200多年前开始，人类就开始在茫茫宇宙中探寻其他星系的踪迹。1924年，位于仙女座的M31星云正式被确认不属于银河系，此后，更多的河外星系陆续被发现。现在，我们把银河系与可观测的大约2000到20000亿个河外星系、以及包括暗物质、暗能量等等在内的全部宇宙叫做总星系，银河系只是其中普通的一员。

站在地球上的我们，可能微不足道，位置和尺度上并没有特殊。但是，我们用对宇宙来说渺小的大脑和转瞬即逝的生命，认识宇宙的规律，观测宇宙的历史、预测宇宙的未来，从这个角度来，人类是非常非常伟大的。