太空：它是什么、包含什么以及看起来是什么样子
我们对太空了解多少？其实，并没有我们想要的那么多。每次你打开观星应用时，可能都会惊讶于里面能找到如此多不同的天体。但如果我们告诉你，所有这些行星、恒星和其他可观测天体只占宇宙总内容的不到5%呢？
内容
- 关于太空需要了解的事：速览
- 什么是太空？
- 什么是外太空？
- 早期太空是什么样子的？
- 太空中有什么？
- 什么是太空天体？
- 我们现在如何研究太空？
- 初学者如何探索太空？
- 太空天气
- 关于太空我们知道什么：简短总结
近年来，天文学家对早期宇宙、系外行星大气、黑洞以及宇宙学中一些最大的矛盾有了更多了解。但随着我们的研究深入，太空并没有变得更简单——每一次突破都会揭示出新的知识空白。让我们总结一下目前关于太空已知的内容。
关于太空需要了解的事：速览
- 太空始于地球大气层之外，通常以海拔约100公里处的卡门线作为标志。
- 太空接近真空，但并非空无一物：它包含粒子、辐射、尘埃、气体、磁场和宇宙射线。
- 从地球上看，太空大多是黑色的，因为那里没有大气来散射光。
- 普通物质占宇宙的不到5%；其余是暗物质和暗能量。
- 太空包含行星、卫星、小行星、彗星、恒星、星云、星系、黑洞、类星体和其他天体。
- 可观测宇宙从地球向各个方向延伸约465亿光年。
什么是太空？
太空是一个近乎完美的真空，没有空气。它并不是空的：其中包含许多形式的辐射，以及漂浮在虚空中的气体、尘埃和其他物质粒子。这些物质的密度在不同地方变化很大：行星际空间、恒星际空间和星系际空间与地球大气相比都极其稀薄，但它们并不是完全相同的环境。
太空看起来是什么样子？
太空本身看起来是黑色的，因为它接近真空，没有像地球大气那样散射阳光的大气层。但黑色并不意味着空无一物。在这片黑暗背景下，我们可以看到明亮的天体，如月球、行星、恒星、卫星，有时还能看到彗星。望远镜和航天器能揭示更多：星团、发光星云、遥远星系，以及其他肉眼看不见的暗淡天体。另一个有趣的问题是，为什么太空中所有天体的合光不会让我们的夜空变成明亮的白色——如果你想知道答案，请查看关于奥伯斯佯谬的文章。
什么是外太空？
从我们地球上的视角来看，外太空就是位于地球大气层之外的一切。然而，太空并不是从一个清晰的物理边界开始的：大气会随着高度增加逐渐变得稀薄。
最广泛使用的传统边界是卡门线，位于平均海平面以上约100公里处。一些组织，包括NASA和美国空军，则使用80公里这一较低标准。这些都是实用和历史上的约定，而不是一个单一的自然边界。在这些高度以上，空气变得过于稀薄，依靠空气动力升力的普通飞机无法飞行。
外太空结构
外太空可以分为几个区域。这些区域受到引力、辐射、等离子体流、磁场和物质密度的影响。
- 地球空间是靠近地球的外太空区域。它位于地球高层大气与地球磁场最外缘之间。
- 行星际空间是太阳系内的外太空。它由太阳风定义，太阳风形成日球层——围绕太阳及其行星的巨大“气泡”。在日球层顶（日球层的外缘），它过渡到恒星际空间。
- 恒星际空间是一个星系中恒星系统之间的物理空间。它充满了星际介质，主要由气体、尘埃、宇宙射线和磁场组成。
- 星系际空间是星系之间的物理空间。它非常接近完全真空，但并非完全空无一物：其中含有极其稀薄的电离气体，并主要受引力和大尺度物质分布影响。
早期太空是什么样子的？
早期太空充满了由粒子和辐射组成的发光等离子体——当时还没有恒星、行星或星系。随着宇宙膨胀和冷却，物质开始聚集，最终形成了第一批恒星和星系。
詹姆斯·韦布空间望远镜带来了我们对太空认识中近年最大的变化之一。JWST已经发现并研究了大爆炸后仅约2.8亿到3亿年就存在的星系。其中一些早期星系看起来比许多天文学家在韦布之前预期的更明亮、更大质量或更成熟。JWST的观测还揭示了GN-z11星系中存在一个活跃进食黑洞的迹象，我们看到的是它在大爆炸后约4.3亿年时的样子。这些发现并没有“打破宇宙学”，但确实挑战了早期关于第一批星系和黑洞形成速度的预期。
太空中有什么？
科学家认为，宇宙由普通物质、暗物质和暗能量组成。
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，它们构成了我们周围每一个可见物体。我们能看到的一切——恒星、行星、树木、动物和人类——都由普通物质构成。
但并不是所有普通物质都可见。相当一部分重子物质以炽热、稀薄气体的形式分布在星系和星系团之间，难以直接观测。普通物质在宇宙中的比例小得令人惊讶（约5%）。
暗物质
暗物质不发射、吸收或反射电磁辐射，因此无法被直接看见。科学家通过它对普通物质的引力作用推断其存在。例如，旋涡星系旋转得如此之快，仅靠可见物质的引力不足以把它们束缚在一起——如果没有暗物质，它们会直接飞散。暗物质总共被认为约占宇宙的27%。可能的候选者包括：
- WIMP（弱相互作用大质量粒子）：假想粒子，质量会比构成普通物质的粒子重得多。它们主要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。
- 轴子：理论粒子，质量极轻且相互作用非常弱。它们最初被提出是为了解决粒子物理中的一个数学问题，后来成为主要暗物质候选者之一。
- 惰性中微子：假想中的较重版本中微子。与普通中微子不同，它们除引力外不会通过已知力相互作用。
暗能量
暗能量可以被视为太空本身的一种属性。科学家常将其描述为宇宙学常数或真空能。它与一种使宇宙膨胀随时间加速的能量形式有关。
科学家提出暗能量这一概念，是为了解释为什么宇宙不仅在膨胀，而且膨胀速度还在增加。目前，科学家尚未定义其本质和起源：这里的“暗”更意味着“未知”，而不是像暗物质那样字面上的黑暗。据估计，暗能量约占宇宙的68%。
现代巡天项目，如DES、DESI和Euclid，正在帮助科学家更精确地绘制宇宙膨胀历史。DESI数据提供了一些有趣线索，暗示暗能量可能随时间演化，但这一点尚未被证明。Euclid预计将在未来几年提供强大的宇宙学数据，尽管它尚未解决暗能量问题。
什么是太空天体？
太空并不空——它充满了各种大小的天体，从微小岩石到巨大的星系长城。让我们从较小的天体——行星、卫星和彗星——开始，再向外探索恒星、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近处开始——也就是太阳系，我们直接的宇宙邻域。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条小行星带。天文学家还发现了围绕遥远恒星运行的系外行星，甚至还有来自其他恒星系统、穿过太阳系的星际彗星。
行星
行星是围绕恒星运行、质量足以让自身引力将其拉成近似球形，并已清除其轨道附近其他碎片的天体。在太阳系中，行星主要有两种类型：
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岩质行星，或类地行星，包括水星、金星、地球和火星。这些小而致密的行星主要由硅酸盐、岩石和金属组成。水星虽然是行星，却有一条由钠原子组成的稀薄“尾巴”，这些钠原子被太阳风扫走，使它呈现出类似彗星的外观。金星也已知拥有离子尾。
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巨行星包括木星、土星、天王星和海王星。木星和土星是真正的气态巨行星，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，除氢和氦外，还含有大量水、氨和甲烷。
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我们还有矮行星——它们是围绕太阳运行的小型世界，但与“正式”行星不同，它们尚未清除轨道附近的碎片。因此，它们通常被排除在太阳系主要行星“殿堂”之外。最著名的是冥王星，但还有其他几颗，如阋神星、妊神星、鸟神星和谷神星。
在太阳系之外，天文学家已经发现了数千颗系外行星——围绕其他恒星运行的世界。截至2026年，NASA系外行星档案列出了超过6200颗已确认系外行星。
天文学家还探测到一些成分异常的行星——其中包括一颗被认为富含碳、可能形成大量类钻石物质的世界。请在我们的文章中了解更多关于这个以及许多其他奇特太空天体的信息。
卫星
卫星是围绕行星或其他非恒星天体（例如小行星）运行的天然天体。地球只有一颗卫星，而一些行星有几十颗——甚至数百颗——卫星，另一些则完全没有。
- 截至2026年初，土星以285颗已确认卫星领先，但随着天文学家在巨行星周围发现新的小卫星，卫星数量会不断变化。木星也拥有庞大的卫星家族，而两颗行星之间的领先位置近年来已经发生过变化。
- 如果按大小排列太阳系中的所有卫星，前五名中有三颗——木卫三、木卫四和木卫一——围绕木星运行。另两颗是泰坦（土星最大的卫星）和我们的月球，月球自豪地排在第五位！
小行星
小行星是约46亿年前太阳系形成后留下的岩石残余。大多数小行星在小行星带中运行，位于火星和木星之间，大小从微小巨石到像谷神星这样的矮行星不等。
- 一些小行星偶尔会接近地球。一个著名例子是阿波菲斯，它将在2029年4月13日从距离我们星球约32000公里处掠过，比许多地球同步卫星还近，约为月球距离的十分之一。在有利条件下，它可能会在一些地区用肉眼可见。查看我们关于阿波菲斯的文章，了解更多详情。
彗星
彗星是沿高度拉长轨道运行的冰质天体。许多彗星来自遥远的奥尔特云，其他来自柯伊伯带，还有少数来自太阳系之外。
在1I/奥陌陌和2I/鮑里索夫之后，3I/ATLAS彗星成为第三个确认观测到穿过太阳系的星际天体。这样的天体尤其有价值，因为它们携带着来自其他行星系统的物质。为什么彗星会有如此壮观的尾巴，它们又告诉我们关于太阳系的什么信息？请在我们关于彗星的文章中了解答案。
恒星和星云
恒星是一个巨大的炽热发光气体球——主要由氢和氦组成——由引力束缚在一起。在它的核心，原子通过核反应发生聚变，释放出巨大的能量，使恒星发光。恒星诞生于星云之中，星云是巨大的气体和尘埃云，引力会把物质拉拢在一起，直到核聚变被点燃。
- 最不寻常的星云之一是回旋镖星云，位于半人马座方向，距离约5000光年。它的内部是宇宙中迄今发现的最寒冷之处，温度为–272 °C，只比绝对零度高一度。
形成后，恒星会发光数十亿年，然后以不同方式走向生命终点。有些会成为白矮星——暗淡而致密的恒星遗骸。一个著名例子是明亮的天狼星，它实际上是一个双星系统：炽热明亮的主星天狼星A，以及一颗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，直径只有约20公里，甚至坍缩成黑洞，其引力强到连光都无法逃脱。
- 仍在发光的最古老恒星之一是HD 140283，这是一颗位于天秤座的次巨星，昵称为玛土撒拉星——得名于据说活了969岁的圣经人物。它的年龄估计约为120亿到130亿年，可能几乎和宇宙本身一样古老。
若想更好地了解恒星如何演化——从在星云中诞生到壮观终结——请查看我们的恒星生命周期信息图。
黑洞
黑洞是宇宙中最极端的天体之一。当大量物质被压缩成一个极其致密的天体时，就会形成黑洞，产生强到任何东西——甚至光——一旦越过黑洞边界（称为事件视界）就无法逃脱的引力。
科学家主要通过两种方式研究黑洞。一种是探测引力波——黑洞或中子星碰撞时在时空中产生的微小涟漪。LIGO、Virgo和KAGRA等观测站可以接收到来自深空的这些信号。
另一种方式是拍摄黑洞极其详细的图像。事件视界望远镜已经拍摄到了M87星系中心超大质量黑洞周围的阴影，以及银河系中心黑洞人马座A*的图像。
星系和类星体
星系是由数十亿颗恒星组成的巨大系统，它们与气体、尘埃和暗物质一起被引力束缚。
- 我们自己的太阳系位于银河系中，其明亮的星带可以被看到横跨夜空。
- 最近的大型邻居仙女座星系如此巨大而明亮，在黑暗天空下可以用肉眼看到。
像恒星一样，星系也有自己的生命周期。类星体被认为代表了星系演化早期阶段的活动星系核，当时中心超大质量黑洞以惊人的速度吞噬周围物质。这个过程会释放出非凡的能量，使类星体成为宇宙中最明亮的天体之一。
- 位于室女座的类星体3C 273是有史以来发现的第一个类星体，并且仍然是从地球上看最明亮的类星体（视星等12.9）。射电观测显示其亮温高达10¹³ K（10万亿°C）——这是辐射强度的度量，而不是实际等离子体温度。
- 类星体APM 08279+5255位于天猫座方向，距离120亿光年，周围环绕着一片巨大的水蒸气云，其中水的质量约为地球所有海洋质量的140万亿倍。
大尺度结构
星系并不是孤立漂浮的。它们会聚集成像本星系群和室女座星系团这样的星系群和星系团，而这些又属于更大的结构，如拉尼亚凯亚超星系团。
- 武仙－北冕座长城，简称长城，是宇宙中最常被讨论的候选大尺度结构之一，尽管其地位仍有争议。它可能横跨数十亿光年（相比之下，银河系直径约为100000光年），并可能包含大量星系。它位于约100亿光年之外，方向在武仙座和北冕座之间。
查看我们的信息图“测量太空中的距离”，更好地理解光年、月球距离和天文单位等测量单位。
我们现在如何研究太空？
现代天文学不再只基于可见光。不同仪器揭示宇宙的不同部分。
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詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）研究第一批星系、恒星形成区域和系外行星大气。
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LIGO、Virgo和KAGRA探测黑洞和中子星并合产生的引力波。
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事件视界望远镜拍摄超大质量黑洞周围区域的图像。
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DES、DESI和Euclid绘制星系和宇宙结构，以研究暗物质、暗能量和宇宙膨胀历史。
这些工具共同帮助科学家比较多种证据：光、引力、粒子以及星系的大尺度分布。
初学者如何探索太空？
你不必是专业天文学家也能探索太空。许多遥远天体——包括恒星、行星，甚至一些星团和星系——都可以用肉眼看到。
选择一个晴朗、温暖的夜晚，找一个视野开阔、尽可能远离城市灯光的地方。然后抬头开始探索。若需要指引，请使用免费的Sky Tonight应用：它会显示今晚你的天空中可见的天体，突出即将发生的天象，并通过屏幕上的箭头帮助你找到恒星、行星、星座和其他天体。立即试用Sky Tonight！
太空天气
太空不仅是观测对象。它还通过太空天气直接影响地球——太空天气是由太阳活动引起的近地空间环境变化。太阳耀斑和日冕物质抛射会扰乱地球磁场，导致地磁暴和明亮的极光。
想亲眼看到极光吗？请通过我们的北极光和南极光信息图做好准备。
什么是太空：常见问题
太空看起来是什么样子？
太空大多是黑暗的，因为那里几乎没有物质像地球大气那样散射光。但它并不是空的，也不是完全黑的：它包含恒星、行星、卫星、星云、星系、尘埃、气体，以及不可见形式的物质和能量。从地球上看，太空像是布满星星的黑暗天空；通过望远镜，它会展现出彩色星云、发光星系、星团和其他深空天体。
我们能看向太空多远？
从地球上，我们可以观测到任何方向上距离在465亿光年以内的行星、恒星和星系。这一区域被称为可观测宇宙。
太空有多古老？
目前对宇宙年龄的最佳估计约为138亿年。为了帮助你想象宇宙的历史，我们把它压缩成1个地球年，制作成了宇宙日历。请在我们的信息图中查看。
太空从哪里开始？
太空并不是从地球表面以上某个明确高度开始的。一个被广泛接受的边界是卡门线，由FAI（国际航空联合会）设定为100公里。一些组织，如NASA和美国空军，则使用略低的80公里界限。选择这些高度是因为在它们以上，大气过于稀薄，无法为飞机机翼产生足够升力，这意味着空气动力飞行不再可能——只能依靠轨道或火箭推进。
太空和宇宙有什么区别？
太空是宇宙天体之间近乎完美的真空。它包含辐射、气体、尘埃和其他稀疏物质，但没有空气。宇宙则广泛得多：它包括空间、时间、物质、能量以及支配它们的物理定律。简单来说，太空是宇宙中的“地点”部分——而宇宙是“一切”。
太空有多大？
当我们谈论太空的大小时，通常指的是可观测宇宙——我们能看见并测量的部分。据估计，它从地球向任何方向延伸约465亿光年。如果我们把它想象成一个围绕我们星球的球体，其直径约为930亿光年。使用我们的信息图找到我们在可观测宇宙中的位置。
太空的温度是多少？
外太空的基准温度由宇宙微波背景（CMB）辐射决定，它是大爆炸的余辉。其对应温度约为2.7 K（−270 °C）。然而，太空中的物体可能更热或更冷，取决于它们是否靠近恒星、处于阴影中，或被辐射加热。
太空是什么颜色？
从地球上看，太空呈黑色。但如果宇宙中有数十亿颗恒星，为什么夜空不是明亮的白色？这一奇特现象被称为奥伯斯佯谬；请在我们的专题文章中了解可能的解决方案。
为什么声音不能在太空中传播？
声音是一种机械波，需要介质（如空气或水）来传播。普通声音无法以压力波形式在太空真空中传播，因为那里没有像空气那样致密的介质。这就是为什么太空通常被认为是寂静的。
太空完全寂静吗？
虽然太空是真空，但它并不是完全空的：其中充满了等离子体，即带电粒子。这些粒子可以产生（或受）电场和磁场影响，因此能够传递磁声波——等离子体中的声波等价物。它们人耳听不见，但可以被航天器记录并转换成可听音轨——一些听起来很奇怪的“太空音乐”。
关于太空我们知道什么：简短总结
太空是一个近乎完美的真空，其中有辐射、等离子体、气体、尘埃和其他物质粒子漂浮。宇宙的估计年龄约为138亿年。可观测宇宙从地球向任意方向延伸约465亿光年，直径约930亿光年。宇宙中的一切通常用普通物质、暗物质和暗能量来描述；科学家仍在研究后两者的本质。詹姆斯·韦布空间望远镜、引力波观测站、事件视界望远镜和其他巡天项目的最新发现，让我们对太空的图景更加清晰——但许多最大的问题仍然未解。
太空浩瀚到难以想象，但每个晴朗的夜晚，你头顶上都能看到它的一部分。使用Sky Tonight，你可以识别当前位置当前可见的恒星、行星、星座、卫星和其他天体。
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- 通过我们的宇宙日历信息图，查看被压缩成一年后的整个138亿年宇宙历史；
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