我们生活的地球是太阳系的一部分，太阳系属于更大的银河系，而银河系本身则位于拉尼亚凯亚超星系团内。我们该如何精准确定自己在宇宙中的位置？2014年诞生的第一幅三维宇宙全景图，标志着我们有了新的宇宙地址！这正是20年来，本书作者、法国天体物理学家海伦·库尔图瓦及其国际研究团队一起探索宇宙，致力于绘制近邻宇宙图的成果。
本书为普通非专业读者而写，库尔图瓦用人人能懂的语言带领我们重温绘制宇宙地图的过程。本书糅杂了天文学知识与许多生动有趣的故事，可谓一部极简宇宙史。读者不仅踏上了一场奇妙的星际旅行，还得以窥见库尔图瓦作为天文学家的学术人生。本书谈及她在天文学研究中遇到的成功、困难与绝境，以及多位杰出女性天体物理学家的小传。作为近年来天体物理学最重要发现之一的引人入胜的叙述，她的故事是向团队合作和国际合作的致敬。

推荐序一 朱明/李菂
推荐序二 弗朗索瓦丝·孔布
自序
第1章 我们的新宇宙地址
我们在这里
天文术语小词典
什么是宇宙全景图
日常的基础研究工作
被视为波的光
看到立体的天空：第三个维度
第一次距离测量
天文学中的长度单位
大争论
亮度——测量距离的关键
亨丽埃塔·斯旺·近域莱维特
绝对亮度和视亮度
通往未知的第一步
编织我自己的茧
第2章 追寻巨引源
移动中的宇宙
定位一切运动中的物体
一个膨胀的空间
被看成粒子的光
多普勒效应
如何确定星系的本动速度
银河系在宇宙中移动的发现
七武士
桑德拉·费伯
费伯-杰克逊关系
引力的作用
引力以及其他基本的力
在澳大利亚探险
回到地球
僵局
第3章 新的眼睛
一切都在加速
哈勃常数的大小是？
温迪·弗里德曼
征服西方
移动的旋涡星系
旋涡小姐选美大赛
椭圆星系对比旋涡星系
工作的好处
来自东方的新闻
时间成本
了解自己的错误
我们的第一幅“当代”宇宙图
人为观测因素
宇宙流
第4章 重建“游戏”
一切都在变大！
维纳滤波器的魅力
一些技术问题
宇宙微波背景辐射的各向异性
暗物质
薇拉·鲁宾
丹尼尔眼中的世界
倒计时开始
分水岭
十分特殊的运动
超星系团诞生了
第5章 拉尼亚凯亚之外
虚拟宇宙
柏林民谣
宇宙简史
我永远想了解更多！
通往一个均匀的宇宙？
一个无尽的故事
勒妮·克兰-科特韦格
结语
鸣谢
参考文献
索引
图片版权

我们的星系和它的邻居们在宇宙中以每秒几百千米的
速度移动着！这个观测结果从20世纪60年代初便被发现了
，但当时的天文学家还不能为这个现象提供一个完美的解
释。90年代，美国的一个团队认为这种移动是由一种巨大
的质量引起的，即“巨引源”。不幸的是，由于巨引源所
处的位置，我们很难对其进行观测。
然而里昂的天文学家做到了！通过对巨引源的研究，
我的团队发现了我们所在的这个超星系团，并将其命名为
拉尼亚凯亚超星系团。
本书的目的是和你们分享拉尼亚凯亚超星系团的发现
过程。我希望以一种简单易懂的方式帮助大家理解宇宙和
维系它运行的物理规律，所以书里不会有繁复的数学公式
。虽然这可能会让知识的阐述丧失些许严谨性，但对我来
说，更重要的是帮助大家了解科学家日常工作的科学方法
及步骤。
我将循序渐进地为你们阐述发现这个大结构（宇宙纤
维、超星系团、宇宙巨洞），并将其可视化的方法。在阅
读的过程中，你们将逐渐熟悉这个新的河外环境（我们所
在星系以外的空间），它被天文学家定义为“近域宇宙”
。不过，它的实际范围已经远至距我们5亿光年外的地方了
。此外，在本书的这一新版里，我增加了在我们发现拉尼
亚凯亚之后的最新进展：宇宙速度网、偶极的斥性，以及
冷斑的反射极。
最后，我来简单说明这个发现对我们现有知识的影响
。实际上，这个研究可以帮助我们更好地了解星系形成的
原因，并对宇宙的未来进行预测。当然，这些预测需要借
助未来可能出现的更强大的天文望远镜才能实现。
本书的完成离不开各方人士的支持和帮助，在这里，
我想特别鸣谢几位天文学家：亨丽埃塔·斯旺·莱维特、
桑德拉·费伯、温迪·弗里德曼、薇拉·鲁宾和勒妮·克
兰-科特韦格，当然还有很多参与到这项研究的人们。这项
发现离不开所有人的不懈努力和整个团队的完美合作。
那么现在，请跟随我的各种观测活动——从学生时期
澳大利亚的灌木丛中，到最近在夏威夷的棕榈树顶上，甚
至在一个辽阔的无线电静默区里，让我们来一起开始这场
时空之旅吧！

法国天文学协会《航空航天》（Ciel & espace）杂志“2017年年度最佳天文学图书”！
法国学术界、教育界最高荣誉棕榈叶勋章获得者！
带你寻找我们在宇宙中的新地址——银河系的家园“拉尼亚凯亚”！
海伦教授的近域宇宙图的完成有如地理大发现时代麦哲伦环绕地球一样具有划时代的意义，宣告观测宇宙学的大航海时代已经拉开了序幕。

好了，我们的河外旅行已经到尾声了，希望你们现在
对我们的近域宇宙有了更清楚的概念。即便你无法想象这
些无比遥远的距离，即便你不相信这种吸引各种星系的奇
怪暗物质的存在，即便你忘了这些运动都是由暗能量引起
的宇宙膨胀造成的，只要读过本书之后，你心中产生了很
多新的问题，我写书的初衷就达到了。也许你们花了几个
小时来理解这些新的概念，而我则花了超过20年来绘制这
些大结构，并且这项工作还在继续。对于巨引源的追寻为
我带来了无尽的研究动力，让我不断探索宇宙中美妙的物
理定律。
最近，一位中学生问我，成为天体物理学家是否需要
什么特殊的天赋。我认为我们需要培养一种处理信息的能
力：从接收信息到处理分析信息。科学研究并不是平淡无
奇的，我们为一篇文献的发表而雀跃，在复杂的问题前沮
丧，但我们也随时准备好披荆斩棘！
天文学家其实并不是在白日做梦，丝毫不关心地缘政
治和经济问题。我们也需要了解每个探测器、摄谱仪、望
远镜镜片的价格，以便获得建造仪器的相关资金。这些资
金通常来自各个国家。我们也并不在意合作者的出身，更
重要的是他们自身的科研能力。基础科学研究可以逾越人
为的地理边界。
正如你们了解到的，拉尼亚凯亚的发现是一项团队成
果。自我在里昂成为天体物理学家起，就有幸得到机会，
学习收集来自世界各地的数据并再次将它们分享给其他科
学家。这个过程让我得以组建宇宙流项目的团队，这个团
队主要由来自四个不同且互补领域的科学家组成：布兰特
·塔利（为了建立数据库而进行数据统一）、耶胡达．霍
夫曼（为了得到速度场和密度场而进行理论分析）、丹尼
尔·波马雷德（结果可视化）和我自己（观测、去除无用
数据及分析观测数据）。但同时还有其他很多为这个项目
做出贡献的科学家，比如宇宙流和CLUES中斯特凡．戈特勒
贝尔和古斯塔沃·耶佩斯带领的数字模拟项目，他们由来
自世界各地的40多人组成。
在创造新知识之外，将这些新知识传递给大众也是科
研工作者的任务之一。这也是为什么我在科研、授课、参
与会议和到学校演讲之外，还和宇航员米歇尔．托尼尼一
起，作为沃昂夫兰（Vaulx-en-Velin）天文馆的负责人进
行工作。这里每年接待超过90000名参观者。我们希望在这
里向大家传递天文学界的最新研究成果，为大家讲解，并
激发听众对天文学的兴趣。因为教育对培养自由、平等、
博爱的灵魂至关重要，知识可以让我们的生活更加幸福。
我邀请大家和我一起继续分享科研工作中的有趣日常
，正是宇宙自身的复杂和美妙性为我们在追寻新知识的路
上提供了无穷的动力……

本书讲述了一项长达20年的天体物理学壮举的幕
后纪录。
——《自然》杂志（Nature）
地球的宇宙地址最近发生了巨大的变化，因为天
文学家意识到我们位于超星系团边缘，超乎以往的想
象。身为绘制宇宙地图工作重要一员的海伦·库尔图
瓦，精心呈现了这一惊人发现背后的科学和迷人故事
。
——玛西亚·芭楚莎（Marcia Bartusiak） 麻
省理工学院教授，著有《黑洞简史》（Black Hole）
库尔图瓦讲述了寻找我们在宇宙中位置的故事，
一个天文学家如何与宇宙中的最大结构角力，情节跌
宕起伏。本书配以异想天开的插图和令人惊叹的照片
，是由一位真正的杰出人物揭开的天文学手艺的内幕
。
——布莱恩·基廷（Brian Keating） 加州大学
圣地亚哥分校物理学教授 著有《失去诺贝尔奖的作
者》（Losing the Nobel Prize）
库尔图瓦友好而朴实地向我们展示我们所处的这
一部分宇宙。在这本小书中，她利用自己的日常工作
和职业生涯来说明科学是一种生活方式，讲述了天文
学家如何测量宇宙中星系的流动。她精心构建的测量
工具通过网状地图揭示了一个深刻的秘密：隐形暗物
质的潜在吸引力。
——罗伯特·P.科什那（Robert P.Kirshner）
哈佛大学教授，著有《奢华的宇宙》（The
Extravagant Universe）
海伦教授的近域宇宙图的完成有如地理大发现时
代麦哲伦环绕地球一样具有划时代的意义，宣告观测
宇宙学的大航海时代已经拉开了序幕，宇宙的星辰大
海里有无数的新岛屿和宝藏等待着人类去挖掘，希望
本书能激发广大读者积极投身到探索宇宙的征途中来
。
——朱明，中科院国家天文台FAST工程总部研究
员 李菂，中科院国家天文台FAST工程总部项目科学
家，研究员
海伦·库尔图瓦利用她的教学天赋，为我们详细
解释了宇宙膨胀、暗物质和暗能量、宇宙微波背景辐
射及其异性，换言之，这是一部极简宇宙史……
——弗朗索瓦丝·孔布（Francoise Combes）
法国天文学家，科学家

第1章 我们的新宇宙地址
本章我将按时间顺序展现天文学者定位宇宙中的星系，并建立第一张三维宇宙全景图的过程。
我们在这里
从2014年9月4日起，我们正式有了新的宇宙地址！这天是我们宣布发现拉尼亚凯亚的文章发表在《自然》期刊上的日子。迄今为止，拉尼亚凯亚超星系团是我们已知的、人类所处的最大的宇宙结构。拉尼亚凯亚这个词起源于夏威夷语“无尽的天空”之意。实际上，这个尺度大到我们难以理解：它的直径大约为5亿光年，也就是光需要花5亿年才能从它的一端传播到另一端。它包含约10万个与我们的星系规模相似的星系，以及100万个更小的星系。这相当于包含了约1亿亿个太阳！这就是我将向你们讲述的拉尼亚凯亚超星系团的发现过程，我们为之付出了诸多努力。
天文术语小词典
天文学中，天体的“基本单位”是星系。星系（古希腊语意为“乳白色的圆圈”）是由无数恒星、空气、尘埃和不可见物（即暗物质）组成的运行系统，这一切都在引力作用下成为一个整体。星系可以依照其形状或大小被划分为旋涡星系、椭圆星系、透镜状星系、不规则星系、矮星系和巨星系，如图1-1所示。我们的星系银河系是一个相对较大的星系：它包含数千亿颗恒星。银河系是旋涡状的星系，它像一个巨大的盘子，中央是明亮密集的核心，太阳位于猎户座的旋臂上。
星系是由无数恒星系和尘埃组成的运行系统。恒星是一个“简单的”气体团，它中心产生的核聚变反应使恒星温度极高。恒星的温度和它的质量有关：质量越大的恒星温度越高，且寿命越短。我们的太阳是一颗质量中等的恒星。受引力作用的影响，恒星周围环绕着许多行星，它们体积很小并且温度相对较低。因为相对较小的质量，这些行星不能自己发光。一共有八颗行星围绕着太阳旋转，地球是其中之一。此外，还有体积更小的卫星环绕着行星运行，比如月亮，它是地球唯一的天然卫星。
星系在引力作用的影响下在宇宙中聚集。我们所在的本星系群由银河系和50多个矮星系组成。有时更多的星系可以聚集在一起，形成星系团。我们的本星系群属于由上千个星系组成的室女星系团。这些星系团沿着网状的宇宙纤维分布，形成超星系团，比如拉尼亚凯亚超星系团，如图1-2所示。
什么是宇宙全景图
宇宙学是天文学中的一大分支，主要研究大爆炸之后的宇宙结构和宇宙发展过程。为了实现这个目标，宇宙学家首先需要确定目前宇宙中存在的天体结构，并由此推断它们是如何相互影响的。这个过程能够帮助我们追溯并绘制宇宙编年史：从物质分布得更加均匀的宇宙初期，一直到现在这些复杂结构的形成。宇宙学家在某种意义上相当于宇宙的“历史地理学家”，他们可以从事的工作涵盖了从纯理论到实验科学的不同领域。在这些领域之中，我所研究的是“宇宙结构学”，也就是为我们的宇宙绘制地图。更具体地讲，我的工作是确定我们周围星系的位置及其运动情况。这个领域的研究范围，用天文学术语来说是近域宇宙。有趣的是，这里说的“近域”可是距离地球数亿光年的地方了！不仅如此，我们观察本星系群时看到的可见光竟然在恐龙存在的时候就离开这些星系了！我们用“近域”这个词来形容我们所在的区域，是因为即便是我们绘制的最大的宇宙图也仅仅包括了可观测宇宙的一百万分之一。
当我去学校向学生们解释我的工作时，他们从来没问过“为什么”我们要绘制宇宙全景图，而是问“如何”才能完成这项工作。我认为这才是真正重要的地方。因为“为什么”的答案显而易见：我们需要一张地图来知道我们到底在哪！知道我们的位置，难道不是确定我们即将前往哪里的必要条件吗？并且这可以让我们知道我们从哪儿来，或者说我们是谁？而关于“如何”完成这项工作，答案就复杂得多了，并且这会引出其他很多问题。当代天文物理学家是如何工作的？他们还是像400年前的伽利略一样盯着望远镜吗？他们需要爬完世界上所有的山来收集新的数据，通过分析和模型拟合来进一步拓展我们的认知吗？更确切地说，我作为大学教授的工作包括什么呢？我需要白天授课然后夜晚观测吗？我的日常工作中，借助计算机程序收集和分析数据是一个很重要的环节。而要回答“如何”这个问题，就需要解释我的研究方法：天空区域的选择。圆弧形的天球面包括两个维度：望远镜指向的方向和估测想要研究的星系的距离，这两个维度可以帮助我们找到第三个维度。然后我们要借助不同的方法来推导它的速度，从而建立环绕我们这个空间的全新移动宇宙图——我们叫它“动态图”。学生们经常向我抱怨：“仅凭这些我根本无法想象你平时是怎么工作的！”
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