研究人员比以往任何时候都更接近于定义我们在太空中的位置

很可能，你从未见过布伦特·塔利，但他确切地知道你住在哪儿。事实上，他比你自己更了解，而且可能比世界上任何人都了解。他在夏威夷大学天文研究所工作，几十年来一直在研究星系在深空中的位置和分布。哦，当然，如果你只想知道你在城市里的位置，你的手机GPS可以做到。但如果你想在整个宇宙中找到你的地址，塔利就是你的不二人选。

就他的工作内容和目的而言，塔利属于那些帮助我们理解世界和我们在其中位置的制图师的长久队伍。但他没有填写地球的未知领域，而是在绘制宇宙的景观，描绘着空旷空间的海洋和浩瀚星系超团的海岸线。

塔利在两年前法国马赛的一次会议上公布了他最新的发现，这次会议部分是为了纪念他的70岁生日。去年9月，他和他的同事们在《自然》杂志上发表了一篇论文，揭示了他们完成的杰作：一幅直径至少5亿光年的宇宙结构图。它包含大约10的17次方倍太阳的质量，相当于10万个银河系。如果把这个结构的尺寸换算成英里，那将是3后面跟着21个零。它非常巨大。

塔利和他的团队提议将这个已知最大的宇宙特征命名为“Laniakea”，源自夏威夷原住民的词语，意为“无量无边的天堂”。这个名字既富有想象力，又有些许讽刺。Laniakea是可以测量的，随着这项最新发现，研究人员比以往任何时候都更接近于定义人类在天堂中的真正位置。

给星星定位

塔利宇宙制图学的哲学灵感来自众多地图制作者，但科学灵感可以追溯到一个人：德国天文学家和数学家弗里德里希·贝塞尔。

1838年，贝塞尔观测到恒星61天鹅座的视差运动，这是由于地球绕太阳公转时我们视角的移动造成的。这种运动非常微小——只有1/100,000度。（相比之下，满月跨度为半度。）但足以让贝塞尔正确推断出61天鹅座大约在10光年之外。这是历史上第一次，人类不仅将星星视为天图上的点，而是具有三维空间确定位置的天体。

贝塞尔的方法过于局限，无法触及我们星系附近的范围，更不用说塔利估算的宇宙尺度了，但它提供了至关重要的一步。视差测量使得量化最近的造父变星的距离成为可能，造父变星的亮度会随着时间规律性地变化。这种变化周期直接与其真实光度有关，因此如果你测量了周期，你就能知道光度。与视亮度进行比较，你就能知道距离，即使在视差测量不可能的更大尺度上。

从1914年开始，美国天文学家哈洛·沙普利利用造父变星推断出银河系的整体形状，并表明我们在星系的外围，远离中心密集恒星核心。十年后，沙普利的竞争对手埃德温·哈勃将同样的技巧推向更远，测量了当时被称为仙女座星云的距离，证明它实际上是一个完整的星系，位于我们星系之外。哈勃随后发现了宇宙的膨胀，巩固了他的科学声誉，并永远盖过了沙普利。

值得停下来思考一下宇宙制图艺术的进步。不到一个世纪前，没有人知道其他星系是否存在。现在，塔利和他的同事们将整个星系视为星系团——也就是星系集群——地图上的坐标点，其范围超过了到仙女座的距离的200多倍。

通往Laniakea的道路需要将造父变星测量与其他五种测量工具结合起来，将数据重叠以达到越来越远的距离。塔利本人在他使用的一种关键技术——塔利-费希尔关系（Tully-Fisher relation）——中功不可没，该关系将星系的旋转速度与其内在光度联系起来。然后，就像造父变星一样，他可以将光度与其视亮度进行比较，从而弄清楚其在深空中的真实位置。

宇宙的荒郊野外 . . .

然而，确定星系的位置只是创建有意义地图的一个方面。当塔利和他的同事们绘制Laniakea时，他们还开发了一种新颖的地标指示方法。在地球上，很容易根据河流和山脉等熟悉的地标来标记你的位置。事实证明，太空也有自己的标记。

通过类比地球上的水流，塔利研究了他在太空中称之为“流域”的地方。他和他的团队测量了每个星系的速度，并将其与宇宙的整体膨胀分离。他们最终得到了一个局部星系运动图。

就像美国中部三分之一的水流向密西西比河一样，塔利发现，大约5亿光年的太空中的星系都流向一个先前发现的巨大而致密的区域，称为“大引力体”（Great Attractor），因为其强大的引力作用。塔利将其描述为“Laniakea的市中心”。

新图景放大了沙普利一个世纪前令人谦卑的认识。我们的银河系属于一个由大约54个星系组成的微不足道的集合体，称为本星系群。本星系群位于一个更大的星系聚集体——本星系超团——的边缘，而本星系超团又位于Laniakea的边缘。如果大引力体是市中心，那么我们真的就处在宇宙的荒郊野外了。

. . . 还是行动的中心？

如此宏大的陈述听起来仍然非常抽象，而塔利正致力于改变这一点。“我顿悟的时刻发生在20年前，当时我在伊利诺伊州超级计算机中心的CAVE（一个墙壁上投射图像的虚拟现实房间）里，”他说。“我只需几步就能穿过本星系超团。突然间，我觉得这些星系真的存在。这是现实，只是尺度上通常难以触及。我们希望最终能有一个数字地图集，帮助公众——以及我的同事们，以及我自己——了解我们住在哪里。”你可以在他的主页这里找到塔利早期粗略的尝试。

从科学上讲，Laniakea的发现已经感觉非常真实。它支持了暗物质理论，因为必然存在大量的看不见的质量来解释该超团的引力。它也检验了宇宙起源的理论，因为对宇宙大爆炸背景辐射的观测表明，比Laniakea更大的结构不应该存在。

但在Laniakea市中心之外，塔利已经开始绘制一个更大的星系聚集体，称为沙普利星系团（Shapley Concentration）。（看来哈洛·沙普利，他曾注意到那个方向星系过多的现象但缺乏工具来理解其真实性质，终于得到了他应有的赞誉。）

“我认为，在我们绘制的地图囊括沙普利星系团周围的整个区域之前，这个故事将远远无法被充分理解，”塔利说。这需要绘制出超过10亿光年的地图。“这是一个巨大的工程，但可以在几十年内完成，”他愉快地说。沙普利星系团如此巨大且质量庞大，以至于它正在将整个Laniakea，以及我们，拉向南天星座半人马座。

如此大规模的运动带来了令人眩晕、挑战自尊的启示。一方面，我们都随着Laniakea的引力流在移动，我们的命运由数千个遥远星系的合并引力决定。但如果从最大的视角来看，我们在宇宙中的位置是由宇宙大爆炸定义的，那是空间在所有方向上均等膨胀。这就是为什么在最大尺度上，所有星系似乎都在彼此远离：每个位置不仅看起来像是膨胀的中心，而且在某种意义上，它确实是。

你可以想象你居住的地方是螺旋星系的外围的一个分支，位于本星系超团的一个偏远地区，位于Laniakea的荒郊野外。但另一方面，你也可以同样准确地想象一个围绕着你展开的宇宙。膨胀的中心——真正的宇宙中心——就位于你此刻坐着的地方。

[本文最初以“你在太空中的位置”的标题刊登在印刷版上。]