我们对太空有什么了解？

Q: 太空从哪里开始？

太空并不是从地球表面上方某个明确的高度开始的。一个被广泛接受的边界是 卡门线 ，由国际航空联合会（FAI）设定在100公里高空。一些机构（如NASA和美国空军）则使用稍低的80公里作为标准。这些高度之所以被选定，是因为在其上方，大气太稀薄，无法为飞机机翼提供足够升力，因此空气动力飞行已不可行——只有轨道飞行或火箭推进才行得通。

Q: 外层空间有多大？

可观测宇宙 ——即我们能够看到和测量的部分——被估计在地球周围的任何方向上大约延伸465亿光年。如果把它想象成一个包围我们星球的球体，那么它的直径大约是930亿光年。通过我们的 信息图 来找到我们在可观测宇宙中的位置。

Q: 太空真的完全寂静吗？

虽然太空是真空，但并非完全空无一物：它充满了 等离子体 ，即带电粒子。这些粒子可以产生（或受）电场和磁场的影响，从而传递 磁声波 ——等离子体中的“声波”形式。它们对人类是不可听见的，但可以 通过航天器记录并转换为可听见的音轨——一些奇怪的“太空音乐” 。

2025年9月16日

~16 min

题目:有趣事实

©Vito Technology, Inc.

我们对太空的了解有多少呢？其实远没有我们想象的那么多。每次你打开观星应用，可能都会惊叹于那里能找到那么多不同的天体。但如果我们告诉你，那些行星、恒星和其他可见的天体只占**宇宙总内容的不到5%**呢？

内容

太空浩瀚无边，充满谜团。尽管科学已经取得了极大进展，仍有许多未解之谜。让我们来总结一下目前已知的内容。

什么是太空？

太空是一个近乎完美的真空，没有空气。它并非完全空无一物：其中包含多种辐射，以及漂浮在虚空中的气体、尘埃和其他物质颗粒。

从地球上，我们可以观测到在任何方向上距离不超过465亿光年的行星、恒星和星系。这一区域被称为可观测宇宙。当前对宇宙年龄的最佳估计约为138亿年。

什么是外层空间？

从我们在地球上的视角来看，外层空间是位于地球与太空分界线之外的一切。关于外层空间的起始位置有不同的定义。最广泛使用的边界是卡门线，它位于海平面上空约100公里的地方，不过有些资料认为稍低，为80公里。从这一高度开始，空气变得过于稀薄，普通依靠升力的飞机无法飞行。

外层空间的结构

外层空间可以划分为几个区域，它们由其中占主导地位的磁场和“风”来决定。

地球空间（Geospace）：指靠近地球的外层空间。它位于地球高层大气与地球磁场最外层之间。
行星际空间（Interplanetary space）：指太阳系内的外层空间。它由太阳风界定，太阳风形成一个巨大的“气泡”——日球层，包围着太阳及其行星。在日球层边界（日球层顶），它过渡到星际空间。
星际空间（Interstellar space）：指星系中各恒星系统之间的物理空间。它充满星际介质（ISM），由气体和尘埃组成。
星系际空间（Intergalactic space）：指星系之间的物理空间。它非常接近完全真空，几乎空无一物，但仍充满极其稀薄的电离气体。

太空由什么组成？

科学家认为，宇宙由三种物质构成：普通物质、暗物质和暗能量。

普通物质

普通物质，也称为常规物质或重子物质，由质子、中子和电子组成，这些构成了我们周围所有可见的物体。我们能看到的一切——恒星、行星、树木、动物和人类——都是由普通物质组成的。令人惊讶的是，宇宙中普通物质的比例极小，不到5%。

暗物质

暗物质既不发射也不吸收光和能量，因此完全不可见。科学家无法直接看到它，但可以通过其对普通物质的引力来推断它的存在。例如，旋涡星系的旋转速度如此之快，仅靠可见物质的引力不足以把它们束缚在一起——没有暗物质，它们就会直接飞散。总体来看，暗物质被认为约占宇宙的27%。可能的候选者包括：

WIMPs（弱相互作用大质量粒子）：一种假设的粒子，质量远大于组成普通物质的粒子。它们只通过引力和弱核力相互作用，这意味着它们几乎可以不留痕迹地穿过物质。由于它们的质量，WIMPs 可能提供解释星系运动所需的额外引力。
轴子（Axions）：一种理论粒子，极其轻微，且相互作用极弱。它们最初是为了解决粒子物理中的一个数学问题而被提出的，但后来科学家发现它们也可能是暗物质的有力候选者。
惰性中微子（Sterile neutrinos）：中微子是一种我们已知存在的粒子——微小、几乎无质量，且极少与物质发生相互作用。惰性中微子是一种假设的较重版本的中微子：它们不通过任何已知的相互作用力（除引力外）发生作用。它们的额外质量和不可见性使其成为宇宙隐藏物质的另一种可能解释。

暗物质的三维分布图 — 多亏了哈勃，我们才能直观地看到暗物质在宇宙中的分布方式。这张地图的时间跨度延伸到宇宙诞生初期的一半，从左到右，距离地球逐渐增加。
©esahubble.org

暗能量

暗能量可以被看作是空间本身的一种属性，由于其负压而导致宇宙的加速膨胀，而不是一种直接排斥物体的力。科学家提出暗能量的概念，是为了解释宇宙为什么不仅在膨胀，而且膨胀速度还在不断增加。目前，科学家尚未确定暗能量的本质和起源：这里的“暗”更多意味着“未知”，而不像暗物质那样真的“黑暗”。暗能量被估计约占宇宙的68%。

太空里有什么？

太空并不空旷——它充满了各种大小的天体，从微小的岩石到庞大的星系墙。让我们先从较小的天体——行星、卫星和彗星——开始，然后再向外扩展到恒星、星系和最大的宇宙结构。

行星、卫星和小天体

我们对宇宙的探索从家园开始——太阳系，我们最近的宇宙邻居。在这里，我们能找到行星、卫星、彗星，以及位于火星和木星之间的一整圈小行星带。天文学家还发现了围绕遥远恒星运行的系外行星，甚至来自其他恒星系统穿越而来的星际彗星。

行星

行星是指绕恒星运行的天体，质量足够大，使其自身的引力能将它拉成近似球形，并且已经清除了轨道上的其他碎片。在太阳系中，行星主要分为两类：

类地行星（岩石行星）——水星、金星、地球和火星。这些小而致密的行星主要由岩石和铁、镁、硅等金属构成。水星虽然是一颗行星，但却有一条由钠原子组成的稀薄“尾巴”，被太阳风吹散，看起来有点像彗星。金星也被发现有电离尾。
巨行星——木星和土星是真正的气体巨行星，主要由氢和氦组成；而天王星和海王星则被归类为冰巨行星，除了氢和氦外，还含有大量的水、氨和甲烷。

你是否想过，哪一颗太阳系行星最符合你的气质？来参加我们的测试，发现你的“灵魂行星”吧！

我们还有矮行星——它们比“正牌”的行星小，虽然同样绕太阳公转，但没有清理掉轨道上的碎片。因此，它们通常不被算入太阳系行星的主要“家族”。最著名的是冥王星，但还有厄里斯、妊神星、鸟神星和谷神星等。

在太阳系之外，天文学家已经发现了数千颗系外行星——环绕其他恒星运行的世界。其中一些突破了想象的边界。比如，有一颗行星被认为富含碳，可能形成了一个充满钻石般物质的世界。关于这一点和更多奇特的天体，请查看我们的文章。

卫星

卫星是绕行星或其他非恒星天体（例如小行星）运行的天体。我们的地球只有一颗月亮，而有些行星有几十颗，有些则一颗也没有。

截至2025年，土星以274颗已确认的卫星保持纪录，略高于木星的95颗。近年来，这个领先位置几度易手，因为天文学家不断发现新的小卫星。
如果按大小对太阳系的所有卫星进行排名，前五名中有三颗——木卫三、木卫四和木卫一——都环绕木星运行。另两颗分别是土星最大的卫星——土卫六（泰坦），以及我们自己的月球，它自豪地排在第五位！

小行星

小行星是大约46亿年前太阳系形成时的岩石残余物。大多数分布在小行星带，位于火星和木星之间，大小从微小的巨石到像谷神星这样的矮行星不等。

有些小行星偶尔会接近地球，例如阿波菲斯（Apophis），它将在2029年以距离地球仅32,000公里的近距离掠过（比月球近10倍）。届时，它甚至会以肉眼可见的亮度出现在夜空中！在我们的阿波菲斯专题文章中了解更多详情。

彗星

彗星是绕太阳运行的冰质天体，轨道高度拉长。许多彗星来自遥远的奥尔特云，还有一些来自柯伊伯带，少数（如2I/鲍里索夫彗星和3I/ATLAS）来自星际空间。为什么彗星会有如此壮观的尾巴？它们能告诉我们关于太阳系的哪些秘密？请在我们的彗星专题文章中寻找答案。

恒星和星云

恒星是由炽热、发光的气体（主要是氢和氦）组成的巨大球体，由引力维系。在恒星的核心，原子发生核聚变反应，释放出巨大的能量，使恒星发光。恒星诞生于星云之中，星云是由气体和尘埃组成的巨大云团，引力将其逐渐聚拢，直到核聚变被点燃。

最奇特的星云之一是回力棒星云，位于半人马座，距离约5000光年。它的内部是宇宙中已知的最冷之地，温度为 –272 °C，仅比绝对零度高一度。

恒星在形成之后，会发光数十亿年，然后以不同的方式走向生命的终点。有些恒星会变成白矮星——暗淡而致密的恒星残骸。一个著名的例子是天狼星，它实际上是一个双星系统：炽热明亮的主星天狼星A，以及暗淡的白矮星天狼星B。质量更大的恒星可能会坍缩成中子星，直径只有几公里，甚至成为黑洞，其引力之强以至于连光都无法逃脱。

仍在闪耀的最古老恒星之一是HD 140283，它是一颗位于天秤座的次巨星，昵称为玛土撒拉星（Methuselah）——以圣经中据说活了969年的人物命名。据估计，它已有120亿至140亿年历史，几乎和宇宙本身一样古老。

The star Methuselah — ©Vito Technology, Inc.

如果你想更好地理解恒星如何演化——从在星云中诞生，到壮观的终结——请查看我们的恒星生命周期信息图。

探索恒星的演化，从巨大的恒星托儿所到超新星爆炸和黑洞的神秘魅力。

看看信息图

星系与类星体

星系是由数十亿颗恒星组成的巨大系统，同时还包含气体、尘埃和暗物质，并由引力维系在一起。

我们的太阳系位于银河系，银河的星带在夜空中横跨天际，肉眼清晰可见。
最近的大邻居——仙女座星系，体积庞大而明亮，在漆黑的夜空下甚至可以用肉眼看到。

与恒星类似，星系也有其生命周期。类星体被认为是星系演化早期阶段的活跃星系核，当中心的超大质量黑洞以极快的速度吞噬周围物质时，会释放出惊人的能量，使类星体成为宇宙中最明亮的天体之一。

室女座的类星体3C 273是人类发现的第一颗类星体，至今仍是从地球上看到的最亮的类星体（视星等12.9）。射电观测显示，其亮度温度可达10¹³ K（即10万亿摄氏度）——这是一种辐射强度的度量，而非等离子体的真实温度。
类星体APM 08279+5255位于天猫座，距离约120亿光年，其周围环绕着一个巨大的水汽云，其质量约为地球所有海洋总和的140万亿倍。

大尺度结构

星系并不是孤立存在的。它们会聚集在一起，形成像本星系群和室女座星系团这样的星系团，而这些又属于更大的结构，例如拉尼亚凯亚超星系团。

Hercules–Corona Borealis Great Wall — ©Vito Technology, Inc.

武仙–北冕座长城（Hercules–Corona Borealis Great Wall，简称“长城”）被认为是可观测宇宙中最大的结构候选之一，尽管其地位仍在争论中。它可能横跨达150亿光年，并可能包含数十亿个星系。该结构大约位于100亿光年之外，方向在武仙座和北冕座。

常见问题

太空有多古老？

目前对宇宙年龄的最佳估计是约138亿年。为了帮助你形象地理解宇宙的历史，我们将其压缩成1个地球年，制作了一个宇宙日历。查看我们的信息图。

Entire Universe in 1 Year Infographics preview

宇宙的年龄有多大？看看我们的宇宙日历，了解人类历史与宇宙年龄相比有多么短暂。

看看信息图

太空从哪里开始？

太空并不是从地球表面上方某个明确的高度开始的。一个被广泛接受的边界是卡门线，由国际航空联合会（FAI）设定在100公里高空。一些机构（如NASA和美国空军）则使用稍低的80公里作为标准。这些高度之所以被选定，是因为在其上方，大气太稀薄，无法为飞机机翼提供足够升力，因此空气动力飞行已不可行——只有轨道飞行或火箭推进才行得通。