可观测Universe第12章 武仙北冕座

武仙-北冕座宇宙长城 · 描述：目前已知最大的宇宙结构 · 身份：一个巨大的星系纤维状结构跨度约100亿光年 · 关键事实：2013年通过伽马射线暴观测发现其尺寸超过了之前保持纪录的斯隆长城挑战了宇宙学原理。

上：武仙-北冕座宇宙长城——宇宙大尺度结构的史诗级注脚 引言：当人类凝视宇宙的深空我们究竟在寻找什么？ 在地球的夜空中银河如一条朦胧的光带横跨天际每一粒星光都是一颗距离我们数光年至数万光年的恒星。

但如果将视野放大到百万光年甚至百亿光年的尺度银河系不过是宇宙之海中的一粒沙砾。

此时一种超越星系的宏大结构开始显现——它们像宇宙中的“长城”与“空洞”以超越人类直觉的方式编织着时空的经纬。

其中武仙-北冕座宇宙长城（Hercules-Corona Borealis Great Wall简称HCGBW）便是目前已知最宏伟的宇宙结构之一其跨度之巨、结构之复杂足以颠覆我们对宇宙演化的传统认知。

本章将从宇宙大尺度结构的科学背景切入系统梳理武仙-北冕座宇宙长城的发现历程、基本参数、精细结构及其对现代宇宙学的启示。

我们将穿越星系与星系团的海洋俯瞰这条横跨百亿光年的“宇宙脊梁”并尝试回答一个终极问题：如此巨大的结构究竟是如何在138亿年的宇宙历史中形成的？ 第一节 宇宙大尺度结构：从星系到宇宙长城的认知跃迁 要理解武仙-北冕座宇宙长城的本质首先需要回溯人类对宇宙大尺度结构的探索史。

这一过程不仅是技术的进步史更是人类宇宙观的三次重大突破。

1.1 早期宇宙观：从“宇宙均匀论”到“岛宇宙”的觉醒 19世纪末至20世纪初天文学家通过大型望远镜（如叶凯士天文台的1米折射镜）首次系统观测星系分布。

当时主流观点认为宇宙中的星系在大尺度上是均匀分布的——就像撒在桌面上的芝麻没有明显的聚集或空洞。

这一理论被称为“宇宙学原理”的雏形其核心假设是：在大于数亿光年的尺度上宇宙的物质分布是各向同性且均匀的。

然而20世纪20年代哈勃的星系红移定律彻底动摇了这一认知。

哈勃通过观测仙女座星云（M31）中的造父变星证实了星系并非银河系的“附属品”而是独立于银河系的“岛宇宙”。

更重要的是他发现几乎所有星系都在远离我们且距离越远退行速度越快——这意味着宇宙正在膨胀。

但膨胀本身并未直接否定均匀性反而催生了一个新问题：如果宇宙从大爆炸的“奇点”均匀膨胀而来为何今天的星系分布呈现出斑驳的“宇宙网”？ 1.2 现代宇宙学的基石：冷暗物质模型与结构形成理论 20世纪70年代基于星系旋转曲线异常（暗示存在不可见的暗物质）和宇宙微波背景辐射（CMB）的高度各向同性科学家提出了“冷暗物质模型”（ΛCDM模型）。

该模型认为宇宙的质能构成中普通重子物质仅占4.9%暗物质占26.8%剩余的68.3%是驱动宇宙加速膨胀的暗能量。

在ΛCDM框架下宇宙结构的形成遵循“自下而上”的层级演化：微小的量子涨落在宇宙暴胀期被放大为原初密度扰动暗物质因不与电磁相互作用而率先聚集形成“暗物质晕”；普通物质被暗物质引力捕获在晕中冷却、坍缩最终形成星系、星系团乃至更大的结构。

这一理论预言宇宙大尺度结构应呈现为“宇宙网”形态——由密集的“节点”（超星系团、星系团）、连接的“纤维”（星系链）和空旷的“空洞”（几乎无星系的区域）组成。

但直到20世纪80年代前受限于观测技术（如照相术的低效、光谱仪的分辨率不足）人类始终未能捕捉到这一结构的直接证据。

1.3 巡天革命的起点：从2dF到SDSS的大规模星系测绘 20世纪80年代光纤光谱技术的突破为宇宙大尺度结构研究带来了革命。

1982年英国天文学家使用英澳天文台的3.9米望远镜搭载2度视场多目标光谱仪（2dF）首次实现了对大面积天区的快速光谱巡天。

1997年2dF星系红移巡天（2dFGRS）启动覆盖了南天1000平方度的天区测量了超过22万个星系的红移（即距离）。

真正具有里程碑意义的是美国斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey SDSS）。

2000年SDSS一期工程启动其主镜直径2.5米搭载30个CCD相机可同时拍摄1.5平方度的天区并通过640根光纤获取目标星系的光谱。

到2010年SDSS-III结束时项目已覆盖了超过1.4万平方度的天区测量了超过300万个星系和100万个类星体的红移构建了人类历史上最精确的三维宇宙地图。

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