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大历史，小世界：从大爆炸到你 第3章 临界点2：星系和恒星（137亿年前到现在）
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宇宙中的物质是如何排列的？答案看似很简单：排列在恒星组成的星系中。那星系和恒星从何而来的呢？
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下面我们就开始讲大历史的第二个临界点：星系和恒星。从这里开始，某些全新的东西出现了，要比之前更加复杂，带着更多的能量流，可谓前所未有。读完本章，不仅可以讨论星系和恒星的排列，还可以讨论星系和恒星的复杂性。
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星系的构成
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星系和恒星的问题有点类似于先有鸡还是先有蛋的问题——很难说明白先有哪个。或许先有星系，它们以巨大的、一片片的暗物质的形式出现。它们出现的年头太久了，光距离我们太远，所以天文学家尚没有发现“星系宝宝”的踪影。
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第2章中，我们讲了早期宇宙，它跨越了大爆炸后的40万年。光子在其中运行的速度大约在每秒30万千米（186,000英里），早期宇宙会发出暗淡的光。光子再也无法分裂原子，那些原子散布在空间里，但并不均匀。有些区域中，原子要比在其他区域更加紧密地结合在一起，就像不平的地面上汇集起来的小水坑。在宇宙背景辐射图像中，这些区域的温度比别处高。
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纵观宇宙历史，此时，引力开始走向舞台中央。引力是一种吸引物体的力。物体质量（物质的量）越大，物体间的距离越小，引力越大。如果每个原子与其他所有原子之间的距离都完全均等的话，也就没有后来的故事了——那样的话所有的物体受到的引力完全均等。
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但是确实发生了某种事件。在某些区域，引力将大量的氢原子和氦原子吸引到一起，形成巨大的团簇，而区域之间则留下了大量空间，几乎没有任何物质。在物质密集的区域中，星系和恒星出现了。
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我们至今都无法全然理解星系的形成。这里面的问题是：引力还不够强大，不足以在这么短的时间里将物质吸引到一处。科学家认为，在把普通物质吸引到一起形成星系的时候，暗物质兴许搭了把手。（想了解有关暗物质的更多信息，参见下文“知识前沿的疑问”。）
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很显然的是，大约131亿年前星系就开始形成了。有利于星系形成的环境只维系了大约13亿年的时间。过去的118亿年中，星系继续存在，但没有新的星系形成。
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星系是由上千亿颗恒星组成的巨大的星团，恒星通过相互之间的万有引力聚拢在一起。星系之间是广阔的空间，几乎一粒原子都没有。现在，星系中还包括恒星残余、气体云和尘埃云，而且还有暗物质晕环绕四周。似乎大多数星系的中心都有一个黑洞，那里物质致密，引力相当大，周围的一切物质甚至是光子，都无法逃离。科学家认为这些黑洞对于星系的凝聚起了一定的作用。
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多数星系都呈旋涡状。有时星系与星系相撞，形状发生变化，变得更椭圆，或更像鸡蛋的形状。所有星系均绕其中心旋转。星系收缩加速了旋转，就像溜冰选手双手越是紧抱身体，旋转速度就会越快一样。旋转的星系呈现圆盘状，就像中间凸起的“宇宙比萨”。
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银河系
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从上方看，银河系就像一张平面的圆盘，中间有个“突起”，恒星组成的“旋臂”向外延伸。
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宇宙大爆炸后7亿年到20亿年之间，星系形成，也是只有在那段时间才形成了星系。当时的宇宙，只相当于现今大小的6%左右。只有那个时段存在有利于星系形成的“金发女孩条件”，一切都“刚刚好”。对人类来说，虽然不再有新的星系形成，但幸运的是，星系一直存在至当下。
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银河系
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“星系”（galaxy）一词来自希腊语，意为“牛奶圈”（希腊语中“gala”指牛奶）。我们所处的星系叫银河系，对应的英文是“Milky Way”，这是从拉丁语“via lacteal”的字面意思转换过来的，意为“牛奶路”。所以银河系的英文名字“Milky Way galaxy”，就等于是双料的牛奶星系了。
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人类无法看到银河系的全貌，只能看到其侧面。肉眼看到的银河系，就像是乳白色的雾，中间有明亮的繁星点缀，纵贯几乎整个夜空。城市里的灯光太亮，夜空中往往看不到银河系。你要是从未见过银河系，一定要弥补这个缺憾，选个晴朗的夜晚，走出城市，去到乡下，地球上最让人惊叹的景致就会呈现在你眼前。
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古罗马人觉得，这条繁星构成的大河看起来就像母乳一样洒在夜空。于是罗马神话中便有一个说法：一位女神把不认识的婴儿从身边推开，乳汁从乳房里流出，洒在天空。
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据估计，银河系中约有2000亿～4000亿颗恒星，直径约有10万光年。离它最近的星系是仙女座星系，两者之间相距250万光年。（提示：1光年约为太阳系直径的500倍。）
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关于恒星在星系中的位置，我们来想象一个具体的模型：想象太阳系像一枚25美分的硬币那么大，直径大约2.5厘米（1英寸）。在这样的比例下，太阳就像一粒尘埃。而银河系的直径，则相当于美国国土的宽度。比邻星是距离我们最近的恒星，也把它想象成一枚25美分的硬币。在此比例下，它到太阳的距离，就相当于两个足球场那么大，而这也是银河系中恒星的典型距离。（参见http://www.cfa.harvard.edu/seuforum/howfar/howfar.html）
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现在，回到银河系最近的邻居——仙女座（两者之间相距250万光年），这两个星系同属一个星系团，叫作“本星系群”，里面约有40个星系，它们之间的距离并没有变得越来越远。实际上，仙女座正在朝银河系移动。据天文学家估计，约40亿年后，两个星系会撞在一起。因为每个星系中大部分都是空间，所以不会有太多恒星发生相撞事件，但引力很有可能会重新布置里面的恒星。
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星系团横跨2000万光年之多，每个星系团包含10到几千个星系。星系团又隶属于超星系团，跨度达5000万光年。虽然星系团中的星系有吸引到一起的倾向，但由于宇宙不断膨胀，星系团之间和超星系团之间则越来越远离彼此，一连串超星系团之间存在巨大的真空区。
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要想想象这个尺度的宇宙，需要想象穿过一堆肥皂泡沫。一层肥皂膜可能包含了一堆肥皂泡。这片肥皂膜相当于超星系团，而肥皂泡则相当于超星系团之间的空间。