正在绘制宇宙地图的天文学家们已经揭示出巨大的“长城”、“泡泡”以及扫地形的圆弧等古怪而引人注目的结构。

这一发现并非来自在繁星点点的夜空之下的巨大望远镜的目镜，而是美国麻萨诸塞州剑桥的哈佛 - 史密森天文物理中心（Harvard - Smithsonian Center for Astrophysics）。就是那里，在1985年夏末，巴黎大学的研究生瓦勒里 · 德 · 拉帕伦特（Valérie de Lapparent）正在一张图表上标绘一系列的点。这挂点是利用亚马逊的霍普金斯山上的一台60吋望远镜收集到的：它们代表着宇宙中星系的位置。分析这些数据，是德 · 拉帕伦特的论文题目。用手标绘出所有这些点似乎有点令人乏味，所以人们才巴不得让研究生们来干。

这一次，其结果远非惯常所见。在德 · 拉帕伦特工作的时候，她开始觉察到情况异常。星系并不像她所料想的那样是随机散布的；恰恰相反，它们在纸上构成了奇怪的、特殊的图形。

由于她不能对所见到的结果进行解释，便去拜访哈佛 - 史密森天文物理中心的约翰 · 哈克拉（John Huchra）。他从70年代中期以来一直在标绘星系，他曾经协助在德 · 拉帕伦特的地图上标绘出1，065个数据点的大多数。当她把这张“地图”摆在他的桌子上时，他傻眼了！

德 · 拉帕伦特地图上的图形不像哈克拉先前所见。有些星系团由星系弧相联，围绕着一些巨大的没有任何星系的空空如也的空间。在地图中央有一个看起来像是拄着拐杖的人形。哈克拉的第一个想法是：我哪个地方错了？

人们坚持把这张地图送给天文物理学家玛格丽特 · 盖勒（Margaret Geller），她是德 · 拉帕伦特的课题顾问和哈克拉在这最近一次的星系调查中的伙伴。

盖勒对这张地图瞅了一眼，知道发生了异乎寻常的事。她不知道这些奇怪的图形意味着什么，但是她决不怀疑它们的真实性。在经过几十年的“不确定性”之后，附近宇宙的结构终于被揭示出来了——这出乎人们的想象。星系排列在非常薄、非常有限的表面上，这“表面”包裹着不寻常的，泡泡之类的空洞，其直径有2亿光年。以后的研究揭示了估计在5亿光年以上的一片薄薄的星系层，这是宇宙中一个最大的已知结构。天文学家们将其取名为“长城”。

此发现提出了宇宙的一些重要问题：这些结构是怎么形成的？它们能告诉我们关于宇宙起源的事吗？这些结构之间的巨大、神秘的空间能包含理论家们称之为“黑物质”（科学家们尚未检测到）的填料吗？简而言之，打从艾德文 · 哈勃（Edwin Hubble）在�多年前发现银河系以外的宇宙以来，在德 · 拉帕伦特办公室里揭示出来的这些奇怪的“泡泡”与弧形有可能代表着意义最为深远的“面纱”。

1923年，正是位于美国加里福尼亚的威尔逊山观察站的那位100吋望远镜的主人——孤僻的抽烟斗的哈勃，证实了所谓的旋转星云实际上是一些星系。6年以后，他得到一个更加令人吃惊的发现：星系正在以神话般的速度逃离我们，就像在逃离一个深不可测的灾变。哈勃的观测结果是宇宙在形成时的剧烈爆炸——大爆炸之后正在膨胀的第一个证据。

哈勃根据自己对天体的有限调查相信：星系——某些天文学家称之为“宇宙之岛”，是完全随意地、均匀地散布在宇宙之中。但是，到了30年代，宇宙学家便已经懂得：这个概念并不完全正确：在有些地方，星系聚在一起形成星团。例如，我们自己的银河系属于一个命名为“地方星群”（Local Group）的集合，它包括著名的安德罗米达（Andromeda）螺旋及一些较小的星系。在某些遥远的“王国”里，距地球有几百万光年，集合了成千上万的星系。在50年代，一个持异议的天文学家指出：即使星系团，也会以更大的集合组合成超星系团，其尺度为几百万光年。

但是最大又有多大？星系团和超星系团能够根据巨大宇宙的某些建筑师的安排吗？对于大多数天文学家而言，哈勃所提出的均匀宇宙仍然是格格不入的。但尽管发现了星团，大多数科学家还是认为：宇宙看上去仍然是平坦的——完全可以站在它的脊背上面。

打从哈勃以后的半个世纪，这个观点经受了新一代天文学家的检验。一是普林斯顿的詹姆斯 · 皮伯里斯（James Peebles），在70年代初，他单枪匹马地改变着宇宙学。到这时，大多数宇宙学家都没有问星系是怎样安排在宇宙中的。对于他们来说，只有两个问题值得一问：宇宙的膨胀有多快？它能永远膨胀吗？这两个问题对皮伯里斯也是咄咄逼人的，但是他认识到：天文学家如果忽略了宇宙的结构就永远也不能对此作出回答。

皮伯里斯将宇宙比作无边无际的海洋。对于一个接近表面的观察者而言，涟漪和浪涛被皮伯里斯比作星系团和超星系团很明显会发出旋涡或风暴即将到来的信号。但从远方看，波浪或多或少是有规律的；海洋从整体上看很平静。现在，皮伯里斯回忆说：“令我们倾倒的是这种思想：如果能够弄懂结团的方式，我们就有可能明白宇宙是怎么变成这个样子的。”对皮伯里斯而言，推测宇宙结构的唯一途径就是利用统计学。奇怪的是：为什么一个个星系会毗邻而居？奇怪的是：它怎么会是某个星系团中的成员，或是某个超星系团？皮伯里斯相信，这次宇宙“人口”普查的答案可能有助于解决许多基本问题：从星系的起源直到宇宙自身的命运。皮伯里斯盼望检验他的这些理论，而不是分析星系结团的方式，他该去弄清它们在宇宙中的真正位置了。

但是，仅仅将星系按其在天空中所见的位置标绘出来是远远不够的。目视观察，即使借助于威力最为强大的望远镜，也会产生一个变成平面的导致错误的两维景象。就像闭上一只眼睛看世界：位于前景和背景上的星系有可能互相重叠在一起，形成夹馅的馅饼。而具有重要意义的三维图像一一距地球遥远的星系——有可能被忽略。

科学家们能够用来丈量宇宙的三维尺寸的“量天尺”，是哈勃自己发现的。这一有用现象叫做“红移”，是因宇宙膨胀而发生的。结果，伴随宇宙的膨胀运动，遥远的星系继续不停地退到远方，越来越远地逃离银河系。因此，来自这些星系的光延伸，即比正常情况的波长更长，亦即更红。简言之，一个星系越是遥远，其红移量也就越大。直到最近，天文学家才利用照相胶卷来捕捉一个星系的光谱以确定红移量。天文学家分析了这种光谱，又用一个简单的公式来确定该星系同地球的距离。

但是，业已证明：照相胶卷令人大失所望，它不能有效地吸收来自远方星系的光线。即使用最大的望远镜，也要花费许多小时才能记录下一个星系的光谱。但是，早在70年代初，天文学家们便开始用超灵敏电子探测器来代替胶卷了；这种探测器能够记录一个来自远方“宇宙之岛”的光子——光的最小计量单位。利用这种装置，天文学家能够在望远镜上将某一夜间工作按小时的几分之几进行划分，以使这项首次进行的规模浩大的红移调查具有可行性。

这一机会是天文物理中心的一个名叫马克 · 戴维斯（Marc Davis）的聪明的青年天文学家抓到的，他在1978年开始了首次红移调查。在经过一番获得此项工程基金的奋斗之后，戴维斯不得不自己挑选一台电子探测器，在加里福尼亚从一个同事那里不辞劳苦地复制出对它的设计。他们的目标：要调查可能像整个宇宙这么大的空间，测量令人吃惊的2，400个最大距离为3亿光年的星系的红移量。3年后，完成了天文物理中心第一期红移调查。

正如戴维斯所说，这项工程几乎耗去了他的全部精力。“这就是我一生中的4年，干了这么一项调查。”他说，“我陷入了麻烦，可能成为众矢之的，因为在调查中没有发布足够的消息。”

但是，这种努力已经付出了；现在戴维斯有足够得多的统计数据来开始分析星云是怎样结块的。另外，星系的位置可能被标绘在一种草图上。当戴维斯如此做时，出现了一些宇宙结构的迹象：显露出结块与细丝，被一无所有的空间分隔开来。

就在科学家们还在争论戴维地图中的结构的真实性时，另一个红移调查却完全意外地证明有异常情况。天文物理中心的天文学家罗伯特 · 克什纳尔（Robert Kirshner），当时在密执根大学供职，同另外三位同事选择了牧夫星座（Bo?tes）的一个明显而令人讨厌的天空“补丁”作为自己的红移调查目标。他们不是进行广泛的普查，却深深地探入空洞。克什纳尔将其比作把毛衣针刺入一个南瓜查找种籽在什么地方。令他们大吃一惊的是：这只南瓜竟是空的。他们发现：有一个巨大的地区几乎没有任何星系。克什纳尔仍然记得他们的怀疑。“我们认为：这太神秘了。宇宙中有个大空洞。这是不应该的。”如果这些数据证明是正确的，牧夫座的空洞有2亿1千7百万光年之深，大于戴维斯红移调查所包容的整个体积。克什纳尔小组非常吃惊，以致对这一成果有一年多不敢发表，一直到他们收集到确凿的证据为止。当他们发表这一发现时'新闻与国家调查人）杂志上用了一个大标题（真是星球大战造成了宇宙的空洞吗？），并伴随着来自某些天文学家的强烈怀疑。他们能接受“小空洞”这一概念，因为这些是由计算机模拟星系信息预报出来的。但是，没有任何模拟曾经预报过牧夫星座中有这么个巨大的深渊。

这些怀疑论者之一就是玛格丽特 · 盖勒（Margret Geller）。先前还是皮伯里斯的学生的盖勒，最近从英格兰回到了天文物理中心，她曾在这里对宇宙的巨大结构萌发兴趣。从那时起，她就是男子一统天下的普林斯顿的一名研究生了，盖勒感到，在专业天文学中，她有点格格不入。和皮伯里斯不同，她不相信仅靠统计学就可以完成对星系的调查。“我只认为：这有点枯燥，如果老是这么干的话。”盖勒说。

盖勒感兴趣的是了解像牧夫星座的空洞那样的奇特现象是否真地存在。总而言之，这些结构正是迎着关于宇宙构成的最新理论而出现的。

这些理论部分是来自于射电天文学家。对最为遥远而古老的宇宙王国的研究表明：存在着称作微波背景的射电能的毫无特点的荡涤。这种均匀的微波背景被认为是大爆炸的回声。但是，如果大爆炸导致了这种均匀的宇宙一如同微波背景均匀性所反映的——怎么会跟不寻常的结构与空洞有关呢？盖勒当时打赌：举例来说，牧夫星座的空洞完全不存在，它仅仅是由于克什纳尔地图数据稀疏产生的影像。

为了最终能解决这个问题，盖勒和天文物理中心的同事约翰 · 哈克拉决定进行自己的红移调查。他们的调查有可能是一项真正艰巨的工作，因为他们计划调查北方天空中的15，000个星系，距地球6亿5千万光年。工作落到哈克拉身上，1985年他就在霍普金斯山上的60时望远镜上开始了这项工作。在哈克拉心目中，自己并不是一名理论家，他并不和盖勒一起向往解决巨大结构的问题。“我并不特别在乎。”他说。他认为：对理想进行狂想正是他的前沿课题的一部分，所以心平气和。

由于一再开发这一技术前沿，不知有几百万次因为太暗用肉眼看不到时，哈克拉总要花费几十个夜晚来搜索他的远方目标。为了提高效率，哈克拉用他的望远镜一次扫描一个饼形空间的扇面，从一个星系跳到另一个相邻星系。用这种方式来分割宇宙，他和盖勒就能够在完成此项调查之前，检测到某些具有重大意义的特征。

盖勒和哈克拉为这项调查所增加的每一份资料都揭示出一个新的细节，一些崭新的令人大吃一惊的成果。1988年，这个小组发现了一个巨大的薄层，拥有几千个星系，其测值达5亿多光年。科学家们取名为“长城”，它正是宇宙中已知的最大结构。更有甚者，由于“长城”延伸到盖勒和哈克拉地图的边缘，它实际上很可能是个更大的结构。如果你认为这样难以肯定，持这种观点的却是大有人在。“几亿或几十亿光年对我来说同样说明不了什么问题，”盖勒承认，“我只知道，确实很大。”

可是这种奇怪的宇宙结构说明了什么？由于被这个海绵状的宇宙弄得神魂倾倒，有些天文学家指出：这些空洞是不空的，是充满了神秘的叫做寒冷的黑物质的不可见物质，已经证明是一种具有引力的“胶”，用以将星系和星系群控制在一起。事实上，有些理论家说，寒冷的黑物质很可能占宇宙物质的90%。果真如此，星系仅仅是在宇宙大洋波涛之上漂浮的遇难船只的最为微不足道的残骸。只剩下一个问题了：寒冷的黑物质迄今尚未被发现。

另一种说法围绕着：可能是同时构成星系的那些爆炸。这些爆炸产生的震波，有可能“耕耘”了周围的大气和尘埃，将其压缩以形成不寻常的泡泡形的薄壳，这些薄壳上便产生了更多的星系：按这种方式，星系便分布在巨大的泡泡的表面上了。

普林斯顿的杰里米阿 · 奥斯特里克尔（Jeremiah Osteriker）第一个提出了震波的概念，现在常说这个理论完全解释了盖勒和哈克拉调查的那个大大的泡泡。如果你在将来的调查中发现有更大的空洞，天文学家将不得不去寻找新的理论对其进行解释。事实上，奥斯特里克尔说，整个课题就是供人们竞相抢购的。“眼下，还没有能够解释大型结构的模型。”

盖勒表示赞同。她说：“我的观点是，就我们的了解而言，似乎有所遗漏。”皮伯里斯也同意，他仍然认为，如果你的理由很充足，宇宙将证明是平坦的——“很清楚，”皮布里斯说，“我还要继续研究。”

与此同时，盖勒和哈克拉斯获得的附近宇宙图，每年都在增大。现在，已经标绘出12，000个星系，他们的调查还需要几年才能完成。可是另外的一个规模更大的调查已经在进行了。“我们刚刚入门”，盖勒说，“我们所标绘出来的那部分宇宙就像是罗德岛所覆盖的那一部分地球一样大小。”

就像16世纪标绘地图的制图学家一样，盖勒只不过太了解这样一些没有答案的问题：这是一些什么样的结构？它们是典型的吗？它们有多大？它们是怎样形成的？它们告诉我们有关宇宙起源的什么事情？最后，天文学家已经在着手开创一个标绘宇宙地图的时代了。其他的调查已经在开始标绘南部天空，而且已经发现了一个类似的空洞结构。科学家们正在协助完成附近宇宙的标绘，然后再开始探寻更加遥远的王国，希望了解接近宇宙形成时期存在的结构。

一项最为雄心勃勃的调查是由来自普林斯顿的，芝加哥高级研究所的和费米实验室的合作者们计划的。利用一台专门建造的100吋望远镜和一种新型的能够一次捕捉几个红移量的分光摄影法，他们希望在一个晚上能惊人地调查出5，000个星系，到本世纪末完成1℃0个星系的调查。

答案有可能姗姗来迟，但是它们终将到来。我们已经标绘出自己这颗小行星和跟我们这颗行星共在的这个小小的宇宙之角的其他星球的地图。而且，我们终于在标绘巨幅的地图了，终于在将这个未知的宇宙变成我们的知识的版图。尽管这一工作费事费时，其结果将会像繁星闪烁的天空一样奇妙，而且又令人敬畏。

［OMNI，1991年第8期］