小心：宇宙中的天体比看起来要大

大约在 40 亿年后，仙女座星系将与我们的银河系相撞，引发一场明亮的恒星形成爆发。这算不上什么爆炸性新闻（假设发生在数十亿年后的任何事情都可以被视为“新闻”）。天文学家们几十年来一直知道即将到来的碰撞，许多流行的故事都讨论过它，一个使用哈勃空间望远镜的团队甚至制作了精美的插图，展示了这场即将到来的大混战将是什么样子。

但这个故事有一个意想不到的转折。

本周早些时候，一个名为 AMIGA 的天空测绘项目的研究人员报告说，仙女座和银河系的碰撞的早期阶段将远远早于主要事件发生。您不必等到 40 亿年后就能看到星系相撞。只要稍加视觉增强，您就可以感知到它“就在此时此刻”发生……因为仙女座和银河系的碰撞已经开始了。

之所以碰撞会比原计划提前数亿年发生，是因为仙女座星系比它看起来要大得多。该星系的明亮恒星盘直径约为 120,000 光年，比银河系略大。近年来，使用夏威夷巨型凯克望远镜对仙女座进行的深度研究，揭示了其外围的恒星群体，将该星系的直径扩展到约 200,000 光年。然而，与最新研究显示的情况相比，这还算不了什么。

诺特丹大学的 Nicolas Lehner 和他的同事们确定，仙女座的晕——即其外围由极其稀薄、炽热的气体组成的包层，类似于星系的大气层——延伸到距离其中心高达 200 万光年的地方。AMIGA 团队还确定，这个晕分为两层：一层是受超新星爆炸搅动而成的内部层，另一层则更加平滑和平静。在未来的漫长岁月中，来自晕的气体会缓慢地落入仙女座的盘面，帮助形成后代恒星。

银河系在大小和结构上与仙女座相似，我们银河系的晕也几乎可以肯定与之相似。从心近看，仙女座距离银河系 250 万光年。如果每个星系的晕在每个方向上都延伸 100 万到 200 万光年，那么它们必定会接触到。伟大的合并正在进行中。

如果您能够看到仙女座星系的全部范围，它在天空中将显得异常巨大。肉眼看来，该星系的盘面只是一个模糊的斑点，宽度约为四分之一度（约等于满月宽度的一半），通过双筒望远镜也只稍大一些。通过望远镜拍摄的长曝光图像揭示了微弱的外旋臂，这大大增加了其大小，达到了三度多。

即使是通过最大的望远镜，仙女座的晕也无法直接看到。Lehner 必须通过观察 43 颗遥远类星体穿过晕的不同部分的光线，来研究它的轮廓。但是，如果您的眼睛能够分辨出围绕仙女座翻腾的炽热气体的弥漫辉光，它将显示出超过 60 度宽：如果完全展现，仙女座星系将占据天空超过三分之一的宽度！

人类的直觉告诉我们，遥远的天体在天空中看起来应该比近处的天体小。但是，当涉及到不熟悉尺度和结构的遥远宇宙时，直觉往往是一个糟糕的向导。在我们的太阳系中，只有太阳、月亮和偶尔出现的彗星对肉眼可见。行星只是光点。用望远镜观察，您可以将行星放大成小圆盘，但月亮和小行星仍然是光点。移出我们的太阳系，观察其他恒星，您会看到……更多的光点。

然而，再往远看，事情就开始发生变化。随着距离尺度的增加，那里的天体尺度增加得更快，因此它们看起来也更大。我们的银河系就是一个显著的例子。它以一条环绕整个天空的光带的形式可见。细想一下，这相当奇怪：即使它们远在数千光年之外，我们银河系的旋臂在我们头顶上看起来比我们太阳系内任何可见的结构都要大得多。

当您不断远离地球时，这种模式还在继续。最近的主要星系团是室女座星系团，包含约 1500 个星系；它如此之大，以至于占据了整个以它命名的星座。室女座星系团是一个更大的集合体——室女座超星系团的一部分，其中也包括我们的银河系。室女座超星系团反过来又是另一个更大的超星系团——拉尼亚凯亚——的一个子集，它是已知宇宙中最大的结构之一。

拉尼亚凯亚有多大？尽管它的中心区域距离地球约 2.5 亿光年，但它大约占据了天空的一半。“Laniakea”在夏威夷语中的意思是“巨大的天堂”，他们所言非虚。

为了公平对待我们局域宇宙中微不足道的角落，我应该指出我一直在略微作弊。在我们的太阳系中，我只考虑了具有离散结构的单个天体（固体、液体、气体或等离子体），但在遥远的宇宙中，我一直包括了星系和星系集合体的扩展环境。如果您将相同的标准应用于太阳系，那么这里的东西也会变大。

例如，最近明亮的NEOWISE 彗星。彗星的固体部分非常小，直径不超过 5 公里，但从彗星上蒸发出来的气体和尘埃——它的总环境足迹——延伸了百万倍的距离。从某种意义上说，地球也像一颗彗星。我们行星的磁场在太阳风中形成一个锥形扰动，产生一个可以延伸到离太阳 1000 万公里远的磁尾。

木星的质量是地球的 318 倍，其磁场相应地更大、更强。其磁场侧向延伸超过 200 万公里。如果肉眼能看到这个磁场，它的宽度将大约是满月宽度的四倍！这还仅仅是宽度。和地球的磁场一样，木星的磁场被太阳风吹成一个长长的尾巴——在这种情况下，长达数亿公里。木星的磁尾如此之大，以至于可以延伸到土星的轨道。当这两颗行星在今年晚些时候排成一线时，木星的磁尾可能会扫到土星跟前。

与此同时，太阳本身在其周围形成一个巨大的磁等离子体泡泡，称为日球层；该泡泡最终会与星际介质的物质碰撞。这个泡泡的外缘，称为日球层顶，向各个方向延伸 100 亿到 200 亿公里（可能略有偏差）。地球和其他所有行星都在日球层深处绕轨道运行，所以可以说，太阳在所有方向上都包围着我们。

无论白天还是黑夜，每一个方向都指向太阳的这个外部区域。无处可逃。您的眼睛看不到它，但 NASA 的IBEX 任务可以看到环绕我们四周的太阳包层。

但等等！还有一个逃不脱的宇宙结构完全包围着我们：宇宙微波背景，这是大爆炸的残余辐射。在微波背景中，极小和极大融为一体。辐射无处不在，因为您周围的每个空间（包括您现在所在的那部分空间）曾经都是大爆炸的一部分。

当新生宇宙无限小时，辐射无处不在。当它冷却到物质和辐射分开的程度，即大爆炸后 370,000 年，残留的辐射无处不在。而今天，137 亿年后，辐射**仍然**无处不在。天文学家绘制这些辐射图谱时，他们正在探测可见宇宙的边缘，同时也在探测宇宙无比炽热、致密、紧凑的开端。

至少在这个例子中，您可以说宇宙比它看起来要（要，要，要）小得多。

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