什么是空间？在这张图像中，您可以看到行星状星云 NGC 6891 在这张哈勃太空望远镜图像中发光。 我们经常用一个简单的词来指代我们正在膨胀的宇宙：空间。但是空间从哪里开始，更重要的是，它是什么？ 太空是一个几乎完美的真空，几乎没有物质，压力极低。在太空中，声音无法传播，因为没有足够靠近的分子在它们之间传递声音。不是很空，一些气体、尘埃和其他物质漂浮在宇宙的＂空＂区域周围，而更拥挤的区域可以容纳行星、恒星和星系。 从我们以地球为界的角度来看，外层空间通常被认为始于海拔约 62 英里（100 公里）的地方，即所谓的卡门线。这是在没有明显空气可以呼吸或散射光的高度的假想边界。经过这个高度，蓝色开始让位于黑色，因为氧分子的数量不足以使天空变蓝。 没有人确切知道空间有多大。很难确定，因为我们可以在探测器中看到。我们以＂光年＂为单位测量太空中的长距离，表示光在一年内传播的距离（大约 5.8 万亿英里（9.3 万亿公里））。 根据我们望远镜中可见的光，我们绘制了几乎可以追溯到大爆炸的星系图，大爆炸被认为在大约 138 亿年前开始了我们的宇宙。这意味着我们可以＂看到＂距离近 138 亿光年的太空。但宇宙继续膨胀，使＂测量空间＂更具挑战性。 此外，天文学家并不完全确定我们的宇宙是否是唯一存在的。这意味着空间可能比我们想象的要大得多。 人眼看不见的空间辐射 大部分空间相对空旷，只有零星的灰尘和气体漂浮在周围。这意味着当人类向遥远的行星或小行星发送探测器时，飞行器不会像飞机在太空中航行时那样遇到＂阻力＂。 事实上，太空和月球上的真空环境是阿波罗计划的月球着陆器被设计成几乎像蜘蛛一样外观的原因之一，正如阿波罗 9 号机组人员所描述的那样。因为航天器被设计为在没有大气层的区域工作，所以它不需要光滑的边缘或空气动力学形状。 除了散布在太空＂空旷＂区域的碎片外，研究表明，这些区域也是不同形式辐射的发源地。在我们自己的太阳系中，太阳风——来自太阳的带电粒子——遍布整个太阳系，偶尔会在地球两极附近产生极光。来自太阳系外的超新星的宇宙射线也穿过我们的社区。 事实上，整个宇宙都被所谓的宇宙微波背景 (CMB) 所淹没，它本质上是爆炸的剩余辐射，通常被称为大爆炸。CMB 是我们的仪器可以探测到的最古老的辐射。 暗物质和能量 关于空间还有两个巨大的谜团：暗物质和暗能量。 虽然科学家们已经为暗物质和暗能量的存在提供了广泛的证据，但对它们的了解仍然知之甚少，因为到目前为止，科学家们还不能直接观察它们，只能观察它们的影响。 宇宙中大约 80% 的质量是有科学家称之为＂暗物质＂的物质组成的，但目前尚不清楚它到底是什么，也不知道它是否是我们目前定义的物质。然而，虽然暗物质不发光或不发射能量，因此不能被直接观察到，但科学家们已经发现压倒性的证据表明它构成了宇宙中绝大多数物质。 暗能量可能与暗物质有相似的名称，但它完全是一个完全不同的组成部分。 暗能量被认为构成了宇宙的近 75%，它是一种神秘且未知的力量或实体，科学家们认为它是造成宇宙持续膨胀的原因。 黑洞 物质旋转进入 M87 中心的超大质量黑洞。 较小的黑洞可以由一颗巨大恒星的引力坍缩形成，它形成一个奇点，没有任何东西可以从中逃脱——甚至光也不能逃脱，因此该物体的名称就是如此。没有人完全确定黑洞内有什么，或者落入黑洞的人或物体会发生什么——但研究正在进行中。 一个例子是引力波，或来自黑洞之间相互作用的时空涟漪。这是阿尔伯特·爱因斯坦在上个世纪之交首次预言的，当时他证明了时间和空间是相互联系的。当空间扭曲时，时间会加快或减慢。 截至 2017 年年中，激光干涉仪引力波天文台 (LIGO) 科学合作组织宣布在短短两年内通过引力波探测到三个黑洞相互作用和合并。 科学家在 2017 年 5 月表示，团队在大约两年内发现了这三个事件，这表明当 LIGO 以全灵敏度实施时，天文台可能能够频繁发现此类事件。如果发现一堆这样的黑洞事件，它可以帮助科学家了解一定大小（几十个太阳质量）的黑洞是如何诞生的，然后又合并成新的黑洞。 恒星、行星、小行星和彗星 恒星（就像我们自己的太阳）是巨大的气体球，会产生自己的辐射。它们的范围可以从红超巨星到冷却的白矮星，这些白矮星是超新星的残余物，或者当一个大的恒星耗尽气体燃烧时发生的恒星爆炸。这些爆炸将元素扩散到整个宇宙，是铁等元素存在的原因。恒星爆炸还可以产生非常密集的物体，称为中子星。如果这些中子星发出辐射脉冲，它们就被称为脉冲星。 行星是其定义在 2006 年受到审查的物体，当时天文学家正在争论冥王星是否可以被视为行星。当时，国际天文学联合会（地球上的这些决定的管理机构）裁定行星是围绕太阳运行的天体，其质量足以具有近乎圆形的形状，并且已经清除了其轨道上的碎片。在这个名称下，冥王星和类似的小天体被认为是＂矮行星＂，尽管并不是每个人都同意这个名称。2015年新视野号飞船飞过冥王星后，首席研究员艾伦·斯特恩等人再次开启了争论，称冥王星地形的多样性使其更像一颗行星。 系外行星或太阳系外行星的定义仍未被国际天文学联合会确定，但基本上天文学家将其理解为在我们附近表现得像行星的物体。第一颗这样的行星是在 1992 年发现的（在飞马座），从那时起，已经确认了数千颗外星行星——怀疑的还有更多。在有行星形成的太阳系中，这些天体通常被称为＂原行星＂，因为它们与我们自己的太阳系中的那些行星不太成熟。 小行星是不是大到足以成为矮行星的岩石。我们甚至发现了周围有环的小行星，例如 10199 Charilko。它们的小尺寸通常会得出这样的结论，即它们是太阳系形成时的残余物。大多数小行星都集中在行星火星和木星之间的一条带上，但也有许多小行星在行星的后面或前面，甚至可以在行星的路径上交叉。美国国家航空航天局和其他几个实体已经制定了小行星搜索计划，以扫描天空中潜在的危险物体并密切监测它们的轨道。 在我们的太阳系中，彗星（有时称为脏雪球）是一种天体，据信它们起源于称为奥尔特云的大量冰冷天体。当彗星接近太阳时，我们恒星的热量导致冰融化并从彗星流出。古人经常将彗星与地球上的毁灭或某种巨大的变化联系起来，但哈雷彗星和相关＂周期性＂或回归彗星的发现表明它们是普通的太阳系现象。 星系和类星体 我们可以看到的最大的宇宙结构之一是星系，它们本质上是大量恒星的集合。我们自己的星系被称为银河系，被认为是＂棒旋＂形状。有几种类型的星系，从螺旋型到椭圆型再到不规则型，它们会随着它们靠近其他物体或其中的恒星年龄而发生变化。 星系通常在其星系中心嵌入超大质量黑洞，这些黑洞只能通过每个黑洞发出的辐射以及与其他物体的引力相互作用才能看到。如果黑洞特别活跃，有大量物质落入其中，它会产生大量辐射。这种星系物体被称为类星体（只是几种类似物体中的一种。） 大型星系团可以形成星团，这些星系团大到数百或数千个通过引力结合在一起的星系。科学家们认为这些是宇宙中最大的结构。