银河与宇宙谁最大

宇宙大！
银河：银河在中国古代又称天河、银汉、星河。是横跨星空的一条淡淡发光的带，银河在天鹰座与天赤道相交，在北半天球。银河在天球上勾画出一条宽窄不一的带，称为银道带。它的最宽处达30°，最窄处只有4°～5°，平均约20°。这只是银河系中的一部分。银河在中国文化中占很重要的地位，有著名的传说“鹊桥相会”，也有同名的文学作品和电视，还有《银河》品牌的计算机和叫“银河”的台风。
宇宙：宇宙（Universe）是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。
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银河系和太阳系都是指某种类型的天体结构，前者是恒星系统，后者是行星系统。

空间不是天体结构，而是空间范围，一般指地球大气层以外的所有空间，包括空间中的其他宇宙物体，所以空间不是“空的”。

在太空中，一个或多个行星(包括它们的卫星)、小行星、彗星和尘埃碎片围绕中心星旋转，并被中心星的强大引力所吸引的系统，称为行星系。

我们的行星系统由八颗行星(包括地球本身)、173颗已发现的卫星、五颗矮行星、一颗彗星(哈雷)和数亿颗小天体组成。它们与中心恒星太阳一起被称为太阳系。

在太空中，许多恒星、行星系统、星云和宇宙尘埃被中心黑洞的强大引力吸引，形成一个具有“岛”结构的天体集合，统称为恒星系统。

银河系是一个恒星系统，其中大约有4000亿颗轻恒星，太阳就是其中之一。

当然，天文学上的分类名称比银河系还多。序列为星系子群→局部星系群→超星系团(可细分)→全星系→哈勃体积→宇宙。

至于太阳系，这个巨大的星系被认为是每个人都熟悉的。没有太阳系，就没有人类。太阳系是地球和其他星系所在的一个小星系。太阳系的领域包括太阳，四个像地球一样的内行星，一个由许多小岩石组成的小行星带，四个充满气体的巨型外行星，以及一个被称为柯伊伯带的充满冰冻小岩石的小天体区。太阳系中太阳质量占99%，太阳直径约70万公里，是太阳系的光源，所以太阳是太阳系的核心。

因此，太阳只是银河系中一颗普通的小质量恒星。银河系中有数千亿颗类似太阳的恒星。银河系只是宇宙中几千亿个星系中的一个。可观测宇宙中有数千亿颗银河系那么大的恒星系统，而这些恒星系统都存在于太空中。这几千亿个星系共同构成了我们可观测的宇宙。

离太阳越近，效果越强。所以冥王星和其他一些在柯伊伯带内外横跨海王星的遥远物体，它们的轨道离赤道面和太阳越来越远。最终它们的轨道在这方面是完全随机的，就像长周期彗星一样。

最近，在银河系内发现了大量的“超高能宇宙加速”。

“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”在银河系内了发现大量的“超高能宇宙加速”和“人类观测到的最高能量光子”，这一大发现，彻底颠覆了传统观念上人类对与于“河系超高能粒子加速”的认知。这一大发现有着什么重要意义？对于人类了解、探索宇宙又能提供什么样的线索呢？

高海拔宇宙线观测站 (LHAASO) 的科研成果受到了大众的广泛关注，这也说明了还有很多的人愿意去仰望星空。

这次的成果有多重要呢？一位国际同行在看到这个消息时，甚至慨叹道：“看到这个结果，我可以死了”

高海拔宇宙线观测站 (LHAASO) 这项工程在川西高原这种气候条件恶劣的地方悄悄建设了好多年，能够有了今天的物理结果是十分不容易的，是建设者们克服了很多困难、付出了很多心血的成果。

并不像一些媒体宣传的“接收到了来自外星人的信号”的夸张，但是的确是有重大突破，探测器探测到了来自遥远宇宙深处发出的超高能光子和宇宙线。

人类的眼睛看到的可见光，看不到有红外线、紫外线、电磁波等等。而此次发现的大量的“超高能宇宙加速”和“人类观测到的最高能量光子”是人类有史以来探测到的能量最高的电磁波，这个电磁波相比起人类建造的加速的能量高出了好几个量级，是一种来自于宇宙的天体演化过程。而这一次的发现，对于人类来说，标志着人类将会向着更高能量的探索迈出了一大步，对于宇宙的认识打开的新的窗口。

谈起这项成果给人类带来的“重大意义”的话，对于研究这些粒子在自然界是如何加速，在此之中有没有人类所未知的天体与物理过程，是否会因此发生一些未知现象，在地球上又能如何实现这些过程，并且开发出它的用途，造福人类这些都是这项成果给人类的科技带来的可能性。

高海拔宇宙线观测站 （LHAASO ）可能将会在未来 20 年内，都能保持宇宙线观测领域的地表最强，它将带领着中国人为全世界的人类揭开宇宙线起源这一世纪之谜。

在茫茫宇宙中，有我们肉眼看得见的群星闪烁，既有恒星、行星、卫星、流星、彗星等星体，也有我们肉眼看不见的尘埃、气体、类星体、黑洞及各种射线源等，所有这些物质通称为天体。各种天体之间既相互吸引又相互排斥，按一定的规律组合在一起不停地运动着。这些不断变化的天体组成了浩瀚的宇宙。

包含了大量恒星和无数星际物质的天体系统称为星系。太阳所在的星系叫银河系，银河系以外的其他星系统称为河外星系。

银河系是由1500亿～2000亿颗恒星和无数星际物质组成的。在晴朗的夜空，常可以看到一条群星闪烁的银灰色光带，这就是银河。其实它是一个巨大的中间厚、四周薄的旋涡状“银盘”，众多的恒星围绕着银河系的质心——银核旋转(图1-1)。银盘中央是恒星高度密集区域，近球形称为核球；银盘外围恒星稀疏呈扁球状，称为银晕。从垂直银河系平面的方向看，银盘内恒星和星际物质在磁场和密度波影响下分布并不均匀，而是由核球向外伸出的四条旋臂组成旋涡结构(图1-1B)。旋臂是银河系中恒星和星际物质的密集部位。银河系的直径约为10万光年，中心厚度约1万光年(1光年等于光在1年中所走过的路程，约为1013km)。

图1-1 银河系结构示意图

(据刘本培，2000)

太阳是银河系众多恒星中的普通一员，位于银盘中心平面(银道面)附近和一条旋臂(猎户座旋臂)的内缘，距银核约3万光年。太阳本身是一个炽热的球体，它的表面温度大约为5500℃，中心温度高达155×107℃，其质量约为1989×1033g，直径可达139×106km；太阳的平均密度为 141g/cm3，中心密度为 160g/cm3，中心压力可达344×1015Pa。在太阳上最丰富的元素是氢，约占其总量的71%，其次为氦，约占27%。这些元素在超高温、超高压的环境下，产生热核反应，氢聚变为氦，同时释放出巨大的能量。

以太阳为中心的天体系统，称太阳系。太阳占太阳系总质量的9987%。它以极大的引力控制着整个太阳系，使其他天体都围绕着它进行公转。在太阳系中共有八颗大的行星，按其与太阳距离的远近，依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星(图1-2)。在太阳系中还有数以万计的小行星，从1801年发现第一颗小行星以来，已经确定轨道的小行星约4000个，未能确定轨道的就更多，可能在1万个以上，小行星主要集中分布在火星与木星轨道之间。除此之外，在太阳系中还有彗星及行星的卫星(如月亮)等。

图1-2 太阳系八大行星轨道位置示意图

太阳系八大行星按其物理性质可分为两类：一类以地球为代表，称为类地行星，因为它们离太阳近，又叫内行星，内行星有水星、金星、地球和火星，它们的共同特点是质量和体积小，密度大，以固体物质为主，自转速度较慢；另一类以木星为代表，称类木行星，因其离太阳较远，又叫外行星，外行星有木星、土星、天王星、海王星，其共同特点是质量和体积大，密度小，以流体为主，自转速度较快(表1-1)。

地球、太阳系、银河系、宇宙的起源历来是人们关注的问题。人类最初对宇宙的认识始于美丽的神话和传说。随着人类的进步，对宇宙的认识逐渐由近而远、由表及里不断深入。特别是在牛顿力学体系下对宇宙有了一个全新的认识，形成了很多种宇宙起源假设理论。

表1-1 八大行星基本数据

注：-表示逆时针转。

当代宇宙起源假设中，大爆炸宇宙学说是最有影响的一种学说。1946年俄裔美国天文学家伽莫夫根据宇宙膨胀的现象提出了大爆炸学说，即宇宙起源于150亿年前的一次大爆炸。大爆炸发生后的大约10-43s，宇宙进入了“普朗克时代”，这个时代的物质密度、空间尺度、时间经历都处于极限状态，温度可达1032K；当温度下降到1013K时，宇宙进入了“强子时代”，这时的宇宙有大量的质子、中子和其他粒子发生强相互作用；大爆炸之后大约1s，宇宙进入“轻子时代”，以电子、中微子和其他粒子发生弱相互作用为特征，并辐射出光子；大约1min后，宇宙进入“辐射时代”，此时的温度仍高达1010K，光辐射能量达到极大值，并逐渐开始简单的核合成；核合成时期结束之后，宇宙经历了“物质时代”，当温度下降到4000～3000K时，电子和质子几乎全部结合成氢原子。至10亿年前后星系开始形成，50亿年前后出现首批恒星，太阳系的形成则在100亿年前后。

关于太阳系的起源，到目前为止已有50余种假说，可以归纳为三大类：一类为星云说，这种假说认为太阳系所有天体是由同一个星云物质形成的，其附近有超新星爆发提供核能量；另一类假说为灾变说，认为先有一个原始的太阳，在后来在另一个天体的吸引或撞击下分离出大量的物质，形成行星和卫星等天体；还有一类假说为俘获说，即先有一个原始太阳，以后太阳俘获了银河系中的其他物质，形成了行星和卫星等天体。

近30年来，随着天文学的巨大进步，科学家们建立了关于现代太阳系起源的假说，基本包括以下四个阶段(图1-3)。

图1-3 太阳系起源四阶段图示

(据吴泰然等，2003)

Ⅰ第一阶段：原始太阳气尘云与邻近的一颗即将成为超新星的星。

Ⅱ第二阶段：超新星爆发，原始太阳气尘云在超新星影响的范围之内，并从超新星的爆发中获得能量和重元素、放射性同位素等。

Ⅲ第三阶段：在超新星能量的推动下，太阳气尘云开始旋转并逐步形成中心的太阳。当太阳达到一定大的时候，内部开始发生热核反应，年轻的恒星，尤其是质量大的恒星开始向外抛射物质，在太阳系外围形成环绕太阳的环。

Ⅳ第四阶段：太阳系的中间部分形成太阳，环绕太阳的环逐渐凝聚成星子，并以星子为中心逐渐形成行星，行星的卫星也有着相似的过程。

太阳系形成初期，太阳周围的原始行星云和太阳都快速地旋转着，渐渐地被磁流体动力所减缓，使太阳系中的惯量重新分配，在太阳系星云的演化中，太阳可能以电磁力或湍流对流的形成向行星转移惯量。

对太阳系起源的各种假说，都有其不完善的地方，随着科学技术的发展，人们对宇宙的认识会逐渐加深，对地球和太阳系起源的认识也一定能更切合实际。

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