從地球旅行到宇宙邊緣

宇宙的盡頭距離我們有多遠？地球外存在生命嗎？有外星人嗎？恆星誕生或死亡的現場是怎樣的？如果就近觀看碰撞的星系或類星體，其景象是怎樣的？宇宙盡頭又是怎樣的？宇宙還有很多未解之謎，但現代觀測手段正在逐漸揭示關於宇宙的種種新知識。現在，就讓我們藉助這些知識，從地球出發旅行到宇宙邊緣。

宇宙的盡頭距離我們有多遠？現有資料表明，宇宙有137億光年的寬度。那麼，在無垠的宇宙中，除了地球外還有什麼地方存在生命嗎？恆星誕生或死亡的現場是怎樣的？如果就近觀看碰撞的星系或類星體，其景象是怎樣的？宇宙盡頭又是怎樣的？的確，宇宙還有很多未解之謎，但現在人類通過哈勃望遠鏡、天文衛星和地面巨型望遠鏡的觀測等手段，不僅捕捉到了過去不能詳細觀測的天體的清晰圖像，還查明了一些動態現象的細節等等，從而逐漸揭示出關於宇宙的新知識。現在，就讓我們藉助這些知識，從地球出發，一直旅行到宇宙邊界。

觀光太陽系

太陽系位於銀河系獵戶星座旋臂中距離銀心（銀河系中心）約28000光年的地方。現在，我們就從太陽系的第3顆行星——地球飛出，經過月球基地，潛入木星的衛星歐羅巴（木衛二）的地下海洋中去觀察。歐羅巴被厚厚的冰覆蓋，科學家推測冰層下面有液態海洋，其中可能有生命存在。接下來，我們會離開太陽系的黃道面，來到環繞太陽系的奧爾特雲，這「一朵雲」由眾多小天體集合而成，它們就像蠶繭似地包裹著太陽系。那麼，這一路上會有哪些奇景等待我們去觀賞呢？

從月球基地出發

我們的旅程從月面基地開始。月球距離地球38萬千米。月面基地建在月球赤道附近，它是人類前往宇宙更深處的重要中轉站，其作用就好比登山運動中的大本營。月面基地被埋在沙土地下，這是為了遮蔽來自太陽等天體的強烈射線和熱輻射。在月球赤道附近，白天溫度上升到120℃，夜間溫度卻跌落到-170℃，溫差近300℃。但如果挖到月面下幾十厘米，那麼溫度不分晝夜，都保持在-20℃的恆定值。

月面基地的能源主要依賴原子能。白天也能利用太陽光的光能發電，但為了度過長夜，還需要大型蓄電設備。在未來建設月面基地時，這是必須解決的一個問題。除了能源外，為了維護月面基地，還有許多必須解決的問題，例如運送必要物資的成本。從地球運輸物資到月球的成本中，大部分都將消耗在脫離地球大氣層所需的能源方面。為了節約成本，就只能運輸液體氫之類的高效燃料、在地球上組裝起來太費工夫的機械，以及在宇宙中難以找到的物質。

作為火箭氧化劑使用的氧，在月面土壤（月壤）中大量存在，月壤中還含有鐵、硅、鋁等的氧化物。所以，從還原月壤入手，這些元素可直接由月壤提供。一旦站在月面遼闊的沙原上，就很好理解滿布水與綠洲的生命世界——地球是多麼美好。而在回望地球的同時，我們又開始了探索宇宙奧秘的新旅程。

潛入歐羅巴海洋

從地球生命來看，生命的存在需要三個基本條件，或稱三要素。首先，所有生命都由有機分子構成，生命的基本元素是碳，也包括氮、氫、氧等。雖然有機分子本身並不是生命，但它們是所有生物的基礎建材。其次，生命需要液體，例如水。在水中，基本有機分子能夠混合、交互作用，變得更複雜。第三，有能量源（比如太陽）為驅動一切生命（不管是最小的微生物還是最複雜的人）的化學反應提供動力。

科學家此前一直相信，在太陽系中，生命三要素只有在與太陽距離合適的行星上才能找到。距離太近，行星表面溫度就會很高;距離比火星還遠，行星表面就會過於寒冷。但是對太陽系外圍的探測結果，卻對這種認識提出了挑戰。這就是為什麼我們把旅行地點選在歐羅巴的理由所在——這裡有可能存在生命。

歐羅巴坐落在距離太陽約7.78億千米的位置，其直徑為3100千米。歐羅巴表面覆蓋了幾千米到幾百千米厚的冰層，但科學家推測，由於歐羅巴受木星引力影響，前者內部可能有液態海洋。1995年12月，美國宇航局發射的「伽利略號」探測器探索了歐羅巴，發現其表面參差不齊地多了一些巨大的冰原。看來它們不斷融化、斷裂，再凍結。這種行為很像是地球上的海冰。歐羅巴磁場數據暗示，在歐羅巴冰殼下最淺為數千米的深度，可能存在深達100千米的海洋，其水量是地球各大洋海水總量的兩倍。顯然，冰封的歐羅巴海洋里不可能有來自太陽的能源，那麼一定有什麼東西從歐羅巴內部加熱了這顆衛星。

科學家設想，在歐羅巴的冰殼上鑽探一個深孔，讓機器人潛入下面的海洋，也許就可以發現，就像地球海底的熱液噴泉那樣，歐羅巴海底也有沸騰的熱水噴出。或許，那裡有依賴熱水中化學能量存活的生命。科學家認為，歐羅巴生命的能量源是氫或甲烷、硫化氫等的還原物質。通過氧化這些物質，即使沒有太陽能也能維持生命。另外，到達歐羅巴的陽光只相當於地球接收陽光數量的4%。但就算這樣，如果是在薄薄的冰層下面，或在歐羅巴表面附近，仍可能存在進行光合作用的生命。

生命果真存在於地球以外嗎？科學家在地球上尋找解開這個疑問的線索。現在已經知道，在漆黑的洞穴底部或深海的熱液噴口，生活著無數不依賴陽光的生物。科學家推測，如果歐羅巴海洋中存在最簡單的生命，那麼可能是由甲烷與二氧化碳構成的產物。氧化甲烷可得到二氧化碳，還原二氧化碳則得到甲烷。這種氧化與還原的循環可維持生命。如果來自行星或衛星內部的還原劑（氫、甲烷、硫化氫等）出現沸騰，則有可能完成氧化與還原的循環。再加上能生成有機物的環境（如熱液噴泉），那麼生命就有充分的可能在地球外的環境中存在。

在太陽系內除了歐羅巴之外，土星的衛星恩克拉多斯（土衛二）也受到科學家的特別關注。探測器在恩克拉多斯上發現了新的能量來源和可能存在液態海洋的跡象，這意味著僅在太陽系內就可能有多個生命立足之地。

一些科學家還相信，彗星是「生命的使者」。正是彗星與地球相撞，將自己攜帶的有機分子灑落到地球上，才讓地球誕生了生命。為了驗證這個假想，1999年美國發射了「星塵號」探測器，目的是與以每小時近96000千米速度在太空中飛奔的「維爾特2號」彗星會晤，然後穿越彗星冰和塵埃，最終把其中一些樣本帶回地球。幸運的是， 「星塵號」不負使命，於2006年1月將彗星物質樣本帶回了地球。經過三年分析後，科學家確認彗星塵埃中含有微量甘氨酸，這種有機分子是生命不可或缺的成分。

上述發現意味著，彗星有可能是地球生命必需的有機材料的一個來源。那麼，是什麼使得彗星從太陽系外圍的遙遠之地一路飛來撞擊地球，從而把有機化合物帶給地球？有關線索還得到奧爾特雲去尋找。

從奧爾特雲俯瞰太陽系

從木星與太陽系的軌道面垂直上升，我們從奧爾特雲俯瞰太陽系。奧爾特雲在距太陽約1萬億～10萬億千米處，像眉毛一般稀疏地包裹著太陽系。奧爾特雲主要包含由冰構成的小天體。這裡完全遠離太陽。

在冥王星從行星降格為矮行星後，比海王星軌道更遠的地帶已不存在太陽系的大行星，但包括矮行星在內的小行星倒是不少。與太陽系主要行星幾乎排列在同一平面的是柯伊伯帶，在其外側就是圍成球形的奧爾特雲。奧爾特雲位於太陽與冥王星之間距離的大約1000倍遠的遠方，科學家相信那裡潛藏著5萬億～6萬億顆彗星。從這裡，偶爾有數千年長周期的彗星造訪太陽近旁。

奧爾特雲是怎樣起源的？在木星與土星之間的區域內，一些小天體（微行星）撞在行星上之後被彈射出去，其中大部分逃向恆星際空間，但也有一部分被太陽引力緊緊俘獲，並且停留了數億年。偶爾通過附近的巨大分子雲或恆星等的引力作用，或太陽在銀盤作上下運動引起的潮汐作用等，使這些小天體瀰漫成大的球殼狀，從而形成奧爾特雲。與此同時，奧爾特雲中的彗星偶爾會飛到太陽附近，有的則逃向星際空間。另有一些科學家認為，受到來自外部的引力作用時，許多彗星落入太陽系內部，引起所謂「彗星雨」現象，每數千萬年發生一次。

從太陽繫到銀河系

告別了太陽系，我們向著仙女座行星系飛去。這是距離太陽系最近的行星系。在離太陽約45光年的地方，我們會看到巨大的氣態行星在近距離處環繞恆星。同時，通過地球上的昴星望遠鏡，望向位於太陽系外2000光年的S106恆星形成區域，我們清晰地捕捉到恆星誕生的情景。接下來，在靠近距太陽系9000光年的仙后星座A的地方，我們會看到恆星死亡場面。事實上，銀河到處都上演著恆星的生死大戲。

接近太陽系外的行星系

我們來到了仙女座行星系附近。仙女星的直徑是太陽的大約1.3倍，它率領3顆木星型氣態行星。科學家相信，這些行星的形成過程與太陽系行星的幾乎相同：星際分子雲收縮，構成恆星與原始行星系圓盤;從原始行星系圓盤的塵埃中誕生出許多微行星，開始在剛誕生的恆星周圍旋轉;不久，微行星碰撞、合併，形成像地球這樣的岩石行星，或者，岩石行星落入原始行星系圓盤的氣體中，形成木星型行星;最後，圓盤氣體消失，完成恆星-行星系。

由於最初的原始行星系圓盤的質量不同，形成的行星系統也不一樣。如果圓盤輕，則構成大多數為地球（岩石）型行星的行星系統;如果圓盤質量中等，則構成的行星中木星型氣態行星占多數。在重質量圓盤誕生的行星系統中，氣態行星與恆星之間的距離很近。

科學家相信，仙女座行星系誕生自很大質量的圓盤。其最內側軌道上那顆行星的質量至少是木星的0.7倍，它在距離仙女星直徑8倍的地方旋轉，大約每5天繞恆星轉一圈。中間軌道上的行星大約是木星質量的2倍以上，而在最外側軌道上的行星大約是木星質量的5倍以上。

目前，科學家對什麼樣的恆星才擁有行星還不清楚。但他們推測，至少那些與太陽相似的恆星可能擁有行星。銀河系估計有2000億～4000億顆恆星，其中如果存在像地球這樣支持生命的行星就並不奇怪。樂觀的估計是，銀河系中有生命存在的行星數量最多可達1%。

目擊恆星誕生

在距離距太陽2000光年的地方，科學家稱之為S106的恆星形成區域的中央呈現在我們面前。這裡有稱之為IRS4的巨大恆星。IRS4的質量大約是太陽的20倍，但它還只是出生才10萬年的嬰兒星。昴星紅外望遠鏡觀測到了迄今為止最清晰的恆星誕生情形。

恆星的誕生猶如剛出生嬰兒那樣鬧哄哄。宇宙空間中，「分子雲」（氣體與塵埃集中地帶）密度比周圍高，其附近因氣體自身的重力而開始急劇收縮。這時，從位於分子雲中央、剛誕生的超高溫恆星，或從分子雲巨大圓盤的內側部分，以伴隨收縮的引力能為基礎，在旋轉軸方向的兩側噴出猛烈的射流或雙極分子流。不久，如果再無物質落入剛誕生的原始恆星，則原始恆星逐漸恢復平靜，引起由氫製造氦的聚變反應，成長為真正的恆星，開始發光。IRS4的射流噴發已經結束，但在圓盤兩側，就彷彿是充滿IRS4的射流造成了空洞似的，氫氣雲一邊畫出像是漣漪的複雜結構，一邊釋放藍白色的光芒。

在IRS4的更外側，望遠鏡發現了其他許多剛出生的恆星。和太陽質量相仿的恆星會發光，但比太陽質量哪怕只小0.075倍的恆星就會由於太小而無法繼續發光，科學家把這樣的恆星稱為褐矮星或暗星。在IRS4的周圍已經發現恆星、褐矮星以及比褐矮星更小、只有木星質量幾倍的恆星等總共達數百顆。其中質量僅為木星幾倍的恆星，如果單從質量而言，稱之行星也可，但它們與太陽系行星不同，飄蕩在沒有恆星可環繞的宇宙空間中，科學家稱之為「微小的飄移天體」。總之，S106區域是一個集中體現了各色恆星誕生情景的場所。

恆星壯烈之死

看了恆星誕生，我們接著又來看恆星的壯烈死亡。在我們眼前，發生超新星爆發後，緊接著颳起「暴風」。這是大約320年前由仙后座A的恆星引起的超新星爆發，距太陽約9000光年。在迎來死亡之前，仙后座A的質量大約是太陽質量的25倍。在靠近仙后座A中心的地方，衝擊波的溫度達到5000萬K，速度達到每秒5000千米。超新星爆發後，留下了密度很高的中子星。

從分子雲誕生的恆星通過氫製造氦的核聚變不斷發光，不過，一旦其核心的氫耗盡，恆星很快就會迎來死亡。恆星臨終情況依據其質量大小而不同。越大的恆星越亮，燃燒造成的消耗也越快，所以壽命也短。

太陽質量8倍以上的恆星臨終變為紅超巨星，發生像仙后座A那樣的超新星爆發。太陽質量8～30倍左右的恆星壽命為5000萬年到800萬年左右，超新星爆發後留下密度很高的中子星。對於太陽質量30倍以上、非常重的恆星來說，其壽命更短，在800萬年以。超新星爆發後變成黑洞。

與太陽同質量的恆星是比較小的恆星，但壽命長達100億年，幾乎一生的時間都在穩定地發光。它們臨終時變為紅巨星，從恆星冒出的氣體形成行星狀星雲，留在星雲中心的是高溫的白矮星，進一步冷卻後以黑矮星的身份終其一生。

仙后座A的超新星殘骸在其後100萬年左右繼續飄移在宇宙空間。超新星爆發時散發的氣體作為超新星殘骸瀰漫在星際空間，伴隨其衝撞，又構成作為新恆星原材料的星際分子雲。就這樣，宇宙到處都有恆星誕生，又有恆星死亡，如此不斷輪迴。

從銀河繫到宇宙邊際

接下來，我們展開從銀河繫到目的地——昴宿星團深空的旅程。昴宿星位於后髮座方向，由於沒有東西遮擋銀河系天體的光芒，因此這裡是適於觀測距地球100億光年以上距離的天體的區域。而如果從地球觀察，只能看到月球直徑的1/15的小區域。

如果從昴宿星團深空方向部分切下大扇形的立體，就可獲得宇宙的大規模結構。在靠近銀河系這邊，星系各處既有斑塊聚在一起（星系團），也有什麼都沒有的部分（真空），從而形成泡狀結構。在宇宙中越遠離銀河系的地方，構成的結構越均質。

離開銀河系，我們首先看到的是最靠近銀河的仙女座星系。根據最新觀測，從仙女座星系中央眺望整個星系，會看到恆星爆發地誕生的星爆星系M82。昴星望遠鏡近距離觀測到了構成星系團的部分星系的大規模結構。在宇宙中，到處都有星系碰撞。最新觀測發現了一些明顯遭遇過碰撞的星系。但願我們此行也能遇上星系碰撞。

之後，我們就接近了宇宙中最亮的、謎一般的天體——「類星體」的中心。在這裡，我們會看到最難以置信的景觀。從地球上能觀測到的最遠的宇宙，即距離我們100多億光年遠的昂星團深空，再加上其間上演的星系生死，我們就看見了銀河系誕生前不久（大爆炸後數億年）的宇宙模樣，它與我們身邊銀河系的模樣截然不同。

銀河系的孿生兄弟

現在，我們終於離開了銀河系，來到了230萬光年外的仙女座星系。仙女座星系最早引起關注是在20世紀20年代。包含太陽系在內的銀河系，是否已構成整個宇宙？還是銀河系外天外有天？當時的科學界對此產生了爭論。爭論的焦點之一是，仙女座星雲是否與銀河系是同樣的星系。所謂星雲，是指隱約可見的廣闊天體。而星系是指在銀河系外的大約1000億個恆星集團。

在展現仙女座星雲外延部分的照片中，美國天文學家埃德溫·哈勃發現了造父變星。它有1～50天左右的短周期，前後改變1等級亮度。造父變星的固有亮度與變光周期之間有特定關係。哈勃利用這個性質，從變光周期推斷造父變星原來的亮度（絕對光度），再與被觀測到的表觀亮度比較，得到它與仙女座星雲的距離，結果是：仙女座星雲是銀河系外的天體，具有與銀河系同樣的規模。這樣，仙女座星雲開始被稱為仙女座星系，而且知道了銀河系不過是宇宙中無數個星系當中的一個而已。

星系有若干種類：從圓盤狀星際氣體中誕生眾多新星的旋渦星系或棒旋星系，沒有星際氣體、也不誕生新星的橢圓星系，以及被其他星系引力造成形狀扭曲的不規則星系等。仙女座星系與銀河系一樣是旋渦星系，兩者的外表猶如孿生兄弟，但也有不同之處。

構成銀河系的恆星數量至少約為2000億個（正確地說，質量相當於2000億個太陽），而仙女座星系的恆星數量也是2000億個左右。兩者從上往下看均是圓盤狀，從橫向看則都構成凸透鏡形狀。銀河由銀暈、銀盤、球狀凸核和銀心構成。

銀暈是銀盤的外側區域。因為銀暈是暗的，所以過去認為其質量相比銀河系來說很小，實則不然——銀暈大部分由暗物質構成。暗物質的本質尚不清楚，但科學家相信它一定很重。科學家通過引力透鏡效應，檢測出銀暈中存在數千億個被稱為「超緻密光暈體」的小質量天體，此外還有數百個球狀星團。

銀盤由恆星與星際氣體構成。銀盤上有旋渦結構，其臂被稱作旋臂。恆星所含重金屬元素比例高，年齡不足100億年。星際氣體在高密度區域到處存在，尤其集中在旋臂部分。仙女座星系的臂與其說是旋渦狀不如說是環狀，與具有明顯旋臂的銀河系不同，前者構成渦狀結構。

球狀凸核（簡稱球核）是銀河系中心的黃色球狀區域，由100億年前銀河系形成時誕生的老年恆星組成。球核質量由暗物質與老年恆星共同構成。仙女座星系的球核比銀河系的還大，經確認，前者是與仙女座星系的銀盤垂直相交的電離氣體。

仙女座星系最具特色的是它的銀心。銀河系的銀心是密集分布的恆星或氣體，中心核則有巨大黑洞。據觀測，銀河系的銀心有超新星爆發痕迹或射流等壯烈活動情景。但仙女座星系的中心幾乎沒有氣體，而且被觀測到有相距約5光年的兩個核。

為什麼仙女座銀心結構如此奇特？天文學家推測，距今幾十億年前，仙女座星系的周圍存在大量伴星系，其中質量大的伴星系受到仙女座星系的星暈引力摩擦，逐漸被拽到跟前，而在幾億年前終於被仙女座星系的銀心吸引過來，墜落並且合併。

目前，最靠近仙女座的NGC205與M32這兩個小橢圓星系作為伴星系跟隨仙女座，它們在與仙女座星系的相互作用下被剝離掉氣體圓盤。尤其是M32，它原來是渦狀星系，但是通過引力相互作用或氣體壓力被剝奪圓盤，只剩下球核部分。這些伴星系最終逃不掉被仙女座星系吞併的命運。

星系碰撞現象在星系形成中並不罕見，但是銀心成雙的星系除仙女座星系外尚無發現。

仙女座星系最終歸宿

仙女座星系與銀河系都屬於大型渦旋星系，也是被相互引力連在一起的雙重星系，圓盤周圍都被具有巨大質量的暗暈包圍。這兩個巨大星系的周圍由M33等不同大小的共30多個星系構成群，形成直徑300萬光年的本星系群。

在本星系群中，仙女座星系和銀河系的規模比其他星系大得多。所以，周邊的小星系早晚會被這兩個巨大星系吞併。環繞銀河系運行的的大、小麥哲倫雲等的伴星系，被拽到銀河系身邊，很快就被銀河系衝撞、合併。同樣，仙女座星系也統領NGC205和M32這兩個小橢圓星系，通過引力將它們拽到身邊，反覆碰撞、合併。

在遙遠的將來，仙女座星系與銀河系也會發生碰撞、合併。美國哈佛大學天文學家用計算機模擬出了太陽在兩大星系碰撞中的最終命運。實際上，仙女座星系以每秒275千米的速度接近銀河系，在20億年後這兩個星系的第一次親密交會過程中，太陽系有12%的可能性會被從現在的位置拋出，並且進入被仙女座星系潮汐力所拉出的物質流中。在第二次交會過後，太陽進入潮汐物質流的可能性上升到30%，還有2.7%的可能性會被仙女座星系俘獲。

假定仙女座星系正面向銀河系，那麼它30億年後有可能與銀河系衝撞，這樣將會結束120億年來兩個星系的的共舞，兩者會合併成一個橢圓星系。

接近M82星系中心

現在我們來到距太陽1200萬光年、被稱為M82的星系中心附近。根據其形狀，科學家稱之為「不規則星系」。M82發射亮度大約為一般星系100倍的強光，即使在強發光星系中也算特別明亮。那麼，M82為何會如此明亮？其原因在於所謂「星爆」現象。科學家發現，星爆過程會釋放大量宇宙射線。

這些高速宇宙射線是什麼呢？科學家推測它是星爆過程中產生的強烈的「宇宙颶風」。雖然觀測資料顯示這種「宇宙颶風」是一片明亮的光線，但實際上它並非是一個完整的整體，而是至少由幾種不同速度的高能量氣流組成，並且這些氣流彙集在一起形成宇宙射線。這就是我們能看到星爆過程中大量熾熱氣體被釋放出來的原因。

那麼，組成「颶風」的高能量氣流又從何而來？科學家認為，M82星系中心附近是星爆區域，那裡總共有約1000萬顆以上的恆星正在誕生。當星爆發生時，大量剛出生的恆星接連不斷發生超新星爆發，如煙囪一般噴射出一股股高能量氣流，最終形成「宇宙颶風」。

「宇宙颶風」的形成也標誌著恆星生命的結束，例如M82中的許多恆星之所以噴出高能量氣流，是因為發生了大規模超新星爆發，恆星在爆發中快速了結自己的生命。因此，科學家推測，「宇宙颶風」中可能含有大量重化學元素，這些元素在早期宇宙中幾乎不存在。而從這些重元素中誕生出行星，最終可能導致生命的誕生。

也有科學家認為，M82的星爆現象表明超新星爆發掀起的「颶風」能擴大到周圍，形成厚厚的分子雲，在分子雲中誕生大量的新恆星。在「宇宙颶風」作用下，星系中的熾熱分子雲被拉長，長度可達數萬光年。同時，熾熱氣體也推動宇宙射線以極高速度向外釋放，形成更大的「颶風」。「宇宙颶風」究竟是生命終結的象徵，還是生命開始的預示？這至今成謎。

那麼，M82為何會引起如此激烈的星爆呢？其原因要追溯到大約2億年前。那時，緊挨著M82的旁邊是一個約為M82直徑兩倍的巨大星系M81。它們相互經過時，由於M81的強大引力攪亂了M82內部的氣體，於是分子雲之間的碰撞構成了星爆區域。

最近，天文學家發現星爆星系M82中正在形成球狀星團。這一發現很有意義，因為在銀河系裡球狀星團是最老的天體，並且我們不知道它們是如何形成的。M82給我們提供了一個觀察球狀星團形成過程的機會。銀河系球狀星團的年齡為120億～150億年，而M82里的星團年齡僅有1000萬年。

M82的星團MCG-9和MCG-11的直徑大約為10光年，它們的核心都含有數百萬顆恆星，是星團核心的恆星密度中最高的。與銀河系球狀星團不同，M82星團中高溫大恆星非常多。科學家推測，M82的這些球狀星團可能是一億年前它與近鄰星系M81的引力發生相互作用形成的。

眺望星系大規模結構

我們終於來到了距太陽50億光年的地方，恰好遇到眼前的若干個星系團。星系團是指由超過10個星系組成、直徑約為1000萬光年的區域。

隨著20世紀80年代天文觀測的進步，科學家證實了星系有成團的傾向，如銀河系和仙女座星系等30多個星系組成本星系群。一般的星系集團叫星系團。星系群和星系團又結合成超星系團。例如，本星系群屬於以室女座星系團為中心的本超星系團。一個超星系團的寬度約為1億到2億光年。超星系團仍然不是最大的群體。在距銀河系約2億光年的地方有一個巨大的重力源，它牽引著本超星系團。這個大牽引者可能是由許多超星系團組成的超星系團複合體，或者叫做「牆」。這就是所謂的「宇宙大規模結構」。

科學家創製的三維空間圖像表明，宇宙建立在許多巨大空間的四周。這些空間看起來就像是無比巨大的「肥皂泡」，而大大小小的星系就依附在這些「泡沫」上。有的「肥皂泡」相當大，直徑達1.5億光年。

科學家最近又發現了橫跨天穹的一大片狹長星系，它長約5億光年，寬約2億光年，厚約1500光年，是迄今為止發現的宇宙最大規模結構，被命名為「長城」。這道肉眼看不見、呈曲線的「長城」距離地球大約2億～3億光年。這樣的宇宙大規模結構是宇宙誕生以來通過引力逐漸形成的，即使現在的宇宙仍在繼續進化。如果能眺望這樣形成的超超巨大星系，就不能不再度感嘆宇宙的宏大。

接近類星體中心

我們來到了距離太陽54億光年的類星體3C345的中心附近。現在我們所在的地方距類星體中心約300光年。我們會看到類星體正中是通向巨大黑洞的入口，那裡冒出的高速射流形成圍繞四周的環狀分子雲。類星體的原形是猛烈活動的星系核，在那裡，熾熱氣體在跌入巨大黑洞的過程中發出強烈射線，把分子雲照射得閃爍發光，使遠在數十甚至上百億光年外的地球人也能看到。

類星體是宇宙中釋放最大能量的天體。科學家推測，類星體的原形是位於非常遙遠的星系中心、貪婪地吞噬物質和能量卻不發光的超大質量黑洞。從地球上看去，類星體的外表就像恆星，但類星體射出的光芒比普通星系遠得多也亮得多。實際上，類星體的主要發光區域很窄，寬度估計在0.01光年以下。如此窄的區域卻能發射極大能量的光與射流。而類星體強烈發光並不是因為黑洞發光（黑洞光吃不吐，根本就不發出光線）。但在大量物質墜入黑洞之際，黑洞周圍形成吸積盤。這個圓盤由於摩擦被加熱，從而釋放能量。未墜入黑洞的物質，則作為高能量的射流被噴出。射流速度很快，幾乎接近光速（每秒30萬千米），而恆星誕生時的射流速度大約不到每秒100千米。類星體3C345中心的黑洞半徑估計約為3億千米（約為從太陽與地球之間距離的2倍）。

類星體的能量源，就是把黑洞吸入物質的引力能轉換後再釋放。科學家指出，類星體的能量轉換效率很高，被吸入物質的質量中有多達大約百分之幾變為能量。如果按照太陽核聚變的能量產生效率——大約千分之二來考慮，這無疑是非常高效的。照此計算，類星體每年會吃掉一個太陽的質量，並繼續釋放巨大能量。

類星體被認為在宇宙初期有很多，但銀河系周圍沒有這樣的天體，那麼銀河系的類星體到哪裡去了呢？科學家最近對早期宇宙里兩個星系的相撞、合併過程進行了計算機模擬，為解釋銀河系類星體的消失提供了線索。

在模擬中，科學家發現了星系中央黑洞合併的破壞性效果。在大約1億年的時間裡，黑洞質量不斷增長，將更多氣體燃料吸引到自己身邊，氣體在向黑洞靠近時變得更熱、更明亮。這樣，合併後的星系核就變成了一個類星體。在類星體成長階段，周圍的熾熱氣體會突然爆發，產生一股強大的「宇宙颶風」，將絕大部分氣體塵埃雲從黑洞附近乃至整個星系裡颳走，拋入深空。這一過程阻止黑洞繼續生長，使星系停止製造恆星。當然，類星體也在華麗的火焰中消亡，它們的壽命與星系本身相比非常短暫。早期宇宙中有很多類星體，但大多數已經這樣消失，所以被觀察到的類星體很少，而且它們總是在極其遙遠的地方，也就是離我們極其遙遠的年代。

遭遇星系碰撞之地

我們來到了距太陽80億光年的地方，靠近了被稱為MS1054-03的星系團中發生碰撞的星系。首先看到碰撞中星系的球核。星系碰撞後，氣體密度升高，許多恆星正在誕生。

來到距離地球80億光年的地方，也就看見了80億年前的情景。大爆炸之後大約5億年的時候，剛誕生的星系比銀河系或其周圍的星系都小，質量只有後兩者的千分之一左右。科學家推測，雖然這些星系如此小，但比起銀河系周圍來說，宇宙初期的星系密度高，引起很多碰撞。事實上，即使從地球上觀測，也能捕捉到兩個或更多個星系一度碰撞的跡象。

即便星系發生碰撞，兩個相撞星系中的哪怕一對恆星也幾乎不可能相撞。這一點也許難以理解。隨著兩個星系互相趨近，引力作用發生變化，星系也發生形變，其結果是包含幾十億顆恆星的旋臂從星系中被拽出來，而且這些恆星被送入完全不同的軌道。這種碰撞過程持續數億年，最終結果取決於兩個星系的大小以及它們的運動路徑。如果小星系與大星系發生碰撞，小的通常會被吞噬，而大的則沒有明顯變化。要是兩個星系的大小差不多，其中一個是橢圓星系，另一個是旋渦星系，那麼，一旦它們發生正面碰撞，旋渦星系就會變成一種罕見的「環狀星系」。而如果碰撞是偏心的，那麼這兩個星系就會被它們相互間的引力場完全撕碎，最終結果也許只是一個新的星系或者這兩個星系都繼續在各自的路徑上運行，但它們改變後的形狀與碰撞前的大不一樣。

宇宙邊際

我們終於來到距太陽100多億光年的「昴宿星團深空」。這是一個離奇之地，在這裡我們能看到宇宙剛誕生數億年時的模樣，並目睹眼前剛誕生的星系正在進行的碰撞。

剛誕生的星系是由氫、氦、鋰等輕元素構成的氣體團塊，與我們此前看到的閃爍美麗光芒的星系很不一樣。在氣體團塊中，一些恆星正在誕生。剛誕生的恆星經過1000萬年又迎來死亡，所以我們也可看到超新星爆發場景。

剛誕生不久時（數億年左右），宇宙中瀰漫著幾乎均質的氣體。數億歲時，宇宙中部分氣體的密度產生差異，開始構成團塊，這就是星系的雛形。這時的宇宙僅有目前的1/20～1/10左右的大小。

科學家推測，剛誕生的星系比現在更互相接近，總是在不斷碰撞、融合。在反覆碰撞、融合中，星系漸漸變大，構成旋渦狀或橢圓形等形狀的星系。星系剛誕生時，只有氫、氦、鋰之類的輕元素。經過從這些元素中誕生的恆星的生死輪迴，通過核聚變，接連不斷地製造重元素。如果要對地球上各種物質（包括人類自身在內）尋根問源的話，它們都是在恆星誕生與死亡的過程中，由宇宙某處製造的「星屑」一點一點構成的。

另一方面，科學家在尋覓伽瑪射線暴的起源時，發現宇宙邊界不僅是星系誕生地，而且也是黑洞誕生地。

我們的旅行最終到達100億光年以外的地方。正當感受到宇宙的雄偉時，我們的旅程也宣告結束。