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大尺度结构

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大尺度结构（英语：Large-scale structure）在物理宇宙学中指可观测宇宙在大范围内（典型的尺度是十亿光年）质量和光的分布特征。巡天和各种不同电磁波辐射波长的调查和描绘，特别是21公分辐射，获得了宇宙结构的许多内容和特性。结构的组织看起来是跟随着等级制度的模型，以超星系团和纤维状结构的尺度（空间）为最上层，再大的似乎就没有连续的结构了，这所指的就是浩瀚界限（end of greatness）现象。

巨墙、纤维状结构和空洞

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结构的组织争议开始于恒星的层次，虽然多数的宇宙学家很少在天体物理学中研究这个尺度。恒星是星系内的组织，星系则组织成星系群、星系团和被巨大的空洞分隔的超星系团。在1989年之前，一般的假设是均巧的星系团是存在的最大结构，并且在宇宙的各个方向上的分布或多或少都是均匀的。然而，建立在红移观测的资料上，玛格利特·盖勒和约翰·修兹劳在1989年发现了长城，由星系组成的长5亿光年、宽2亿光年、厚1500万光年的结构。这个结构的存在跳脱了长久以来的认知，因为它需要星系在三个空间维度中的位置，就必需加入来自红移的星系距离资料。在2003年，另一个大尺度结构－ 史隆长城－ 也被发现了。但是，在技术上并不认为这是一种结构，因为彼此在重力上并无关联，只是在测量的距离上都出现在那儿。在太空中最大的空洞之一是摩羯座的空洞，估计他的直径是2.3亿光年[1]。

在2007年8月，一个可能的超级空洞在波江座被发现[2]，他与WMAP冷斑点－在微波的天空中寒冷的一个区域－一致，但在现行受到偏爱的宇宙论模型下是极度不可能存在的。这个超级空洞造成的冷斑点，超乎想像的巨大，可能跨越了十亿光年的空间。

对宇宙进一步的研究看到巨大的像是气泡的空洞分隔开了片状结构和星系纤维，而超星系团就像是其中偶尔相对出现的密集节点。这种网络结构在2度视场星系红移巡天可以清楚的看见。在巡天勘测的内侧部分三度空间图的结构中显示，在附近的宇宙显露出令人印象深刻的结构。几个超星系团显示出，像是史隆长城，迄今所知道宇宙的最大结构。

从地球到大尺度结构

浩瀚界限

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浩瀚界限（End of Greatness）是在观测上发现的一个尺度，大致上是一亿秒差距（三亿光年），在这个尺度下的宇宙区块，依据宇宙学原理大致上是均质与各向同性的。超星系团和星系纤维在可见的领域明显是平均分布的，但在较小范围的勘察下是任意的。直到1990年代，红移巡天的勘察完成，这种尺度的结构才被完整的观察到。

观测

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"整个近红外天空的全景影像揭露在银河系之外的星系分布。这张影像是由2微米全天巡天的扩散源目录（XSC）超过150万个的星系，和由点源目录（PSC）得到接近5千万个银河系内的星点导出的。星系的颜色是依据UGC目录、哈佛天文物理中心、Tully NBGC、LCRS、 2dFGRS、6dFGS和SDSS巡天等所得的红移（各种不同的数值经由NASA/IPAC的NASA银河系外数据库整合），或从K频带（2.2微米）光电测光推导后给予的。蓝色是最接近的（z < 0.01），绿色在普通的距离上（0.01 < z < 0.04），红色是2MASS所能分辨距离最远的（0.04 < z < 0.1）。这张图是以银河为中心采用等面积的埃托夫（ Aitoff）投影法绘制的银河座标系图。" [3] 由汤马斯杰瑞绘图（" IPAC）"

另一个大尺度结构的证据是莱曼α森林（Lyman alpha forest）。这是出现在类星体光谱的一群吸收谱线，被解释为在途中有许多稀薄但巨大的气体材料（几乎全都是氢的气体）存在，这些版材看起来与新星系的形成有所关联。

在描述宇宙的结构时必须格外的小心与谨慎，因为事实不是全如它们在外观上所呈现的。被重力扭曲的光线（重力透镜）所呈现的画面看起来与它们真正来源的方向是不同的，这是因为前景的天体（例如星系）弯曲了它们自己所在的空间造成的（一如广义相对论的预测），因而偏转了通过附近的光线。相当有用的，强大的重力透镜有时能将遥远的星系放大，使它们更容易被侦测到；但弱透镜（重力的切变）的干扰是很普通也很微妙的改变了观测到的宇宙大尺度结构。在2004年，对这种微妙切变的观察，显示值得做为宇宙模型测试的约束。

宇宙的大尺度结构看起来不同于只使用红移测量距离的星系。例如，在星系团背后的星系将被吸引著朝向它，而会朝向星系团落下，因此有轻微的蓝移（与没有星系团的情况比较）；靠近的这一侧，则会有轻微的红移。所以如果只用红移来测量距离，星系团的环境看起来会被压缩了一点。相对的效应会作用在星系团内部的星系：在星系团中的星系有一些不规则运动，而当这些不规则运动被转换成红移时，星系团看起来会被拉长。这创造出了所谓的上帝的手指：星系的长链指向地球的错觉。

我们邻近的星系影像图

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在长蛇座超星系团的中心有一个被称为巨引源的异常重力，影响着数亿光年内星系的运动。这些星系的红移都符合哈勃定律，表示它们和我们是相互在退行的，但它们在红移上的变化充分的显示出与有与上万个星系等效的质量被集中在那儿。

巨引源是在1986年发现的，躺在长蛇座和人马座的方向上，距离在1亿5千万至2亿5千万光年之间（2亿5千万光年是最近的估计）。在那个方向的附近可以观测到大量的老星系，有许多星系与邻居的星系相互碰撞著，并且/或者辐射出大量的无线电波。

模型

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在企图建立大尺度结构的模型上，宇宙论还有许多工作要做。使用大霹雳模型和假设建造宇宙的物质类型，可预期的是应该能预测物质的分布状态，并且与观测工作来比较对不同的宇宙学理论是背后的支撑还是驳斥。目前，观测指出大多数的宇宙必须包含冷暗物质，假设热暗物质或重子暗物质的模型不能与观测吻合。宇宙微波背景辐射和高红移超新星也同样的对这些模型予以机乎全面性的压抑，并且这些方法也给了更多我们居住的是加速中的宇宙论述证据。

相关条目

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参考资料

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  1. ^ The Nearest Superclusters. [2007-08-09]. （原始内容存档于2007-08-19）. 
  2. ^ Biggest void in space is 1 billion light years across - space - 24 August 2007 - New Scientist Space. [2008-04-01]. （原始内容存档于2008-05-15）. 
  3. ^ "Large Scale Structure in the Local Universe: The 2MASS Galaxy Catalog" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Jarrett, T.H. 2004, PASA, 21, 396

延伸读物

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外部链接

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