【深度認識】星系牆

平時走在香港街頭，四周都被高樓大廈包圍。如果你把這些大廈想像成一個個星系(Galaxy)，那麼整條馬路就像把它們分隔開來的空間。然而，在宇宙尺度下，這些“高樓大廈”——星系，有時也會整齊地排列成年牆狀結構。我們稱這些龐大的宇宙建築為“星系牆”(Galaxy Wall)。什麼是星系牆？它們有多巨大？今次我們一起走進宇宙「地產界」——深入了解宇宙中最大規模的結構之一。

甚麼是星系牆？

星系牆是一種宇宙大尺度結構(Large-scale Structure)，由數以千計至數十萬個星系密集排列組成，呈長條或平面形態。這些巨大的星系牆，就像宇宙中的「天文長城」。它們是宇宙網絡(Cosmic Web)中最壯觀、最集中的區域，是星系團(Galaxy Cluster)以及超星系團(Supercluster)的集合體。

星系牆的基本參數

體積(V): 以最大、著名的星系牆「赫克拉-北冕牆」(Hercules–Corona Borealis Great Wall)為例，其長度估計約為100億光年(Billion Light Year)；寬度和厚度各有數億光年。這比我們的銀河系(Galaxy)直徑10萬光年大10萬倍，即便放下整個本地超星系團(Local Supercluster)都不覺擠迫。
質量(M): 鬼腳蛛牆(Sloan Great Wall)質量估計高達數十萬億(10^18)個太陽質量(solar mass)，我們太陽的質量大約是2 x 10³⁰ 公斤，一道星系牆的總質量因此“重”得超乎想像。
與地球距離: 例如“鯨魚座長城”(CfA2 Great Wall)距離地球約2億至3億光年(200-300 Million Light Year)。
其他，如赫克拉-北冕牆，距離地球約100億光年。
溫度: 星系牆中的恆星溫度各異，從幾千度(紅矮星)到數萬度(藍巨星)都有，但星系之間是一片稀薄冷氫氣，僅幾十K（開氏度），遠低於太陽表面5,500°C。
成分: 主要由恆星、行星、星際塵埃、暗物質(Dark Matter)及氫氣組成。
歷史: 星系牆形成於宇宙大爆炸(Big Bang)後幾十億年。像赫克拉-北冕牆，科學家推測於宇宙年齡僅30億年時便已漸漸凝聚，意味這是早期宇宙就已誕生的巨大結構。

星系牆與太陽、地球對比

要形容星系牆之巨大，可以這樣比喻：地球就像一粒沙，太陽則像一顆精緻的玻璃球，而我們的銀河系如一輛城市巴士。但星系牆就好比一整條貫穿港九新界的大型高鐵路網，將無數都市(星系)串連起來。你一生從沒走過每一個香港小區，就像我們從沒見過星系牆的每個角落。

地球: 直徑12,742公里，質量約6 x 10²⁴公斤。
太陽: 直徑約140萬公里，質量2 x 10³⁰公斤。
星系牆(Hercules–Corona Borealis Great Wall): 長度100億光年，質量超過10^18個太陽質量。

如此巨大的建築，讓人不禁佩服自然規律的鬼斧神工。

星系牆的發現與探索歷程

最初，天文學家以為宇宙中的星系分布像一盤散沙。但隨著20世紀晚期的新天文巡天(sky survey)——特別是哈佛-史密松天體物理中心紅移巡天(CfA Redshift Survey)和斯隆數字巡天計劃(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)——湧現的大量星系位置數據，才漸漸揭露出這些星系並非隨機分布，而是集體構成巨大牆狀結構。

1980年代，「鯨魚座長城」(CfA2 Great Wall)首先被發現，這是一道長約5億光年的巨牆。接著在2003年，斯隆牆(Sloan Great Wall)現身，2013年更驚現史上最大的巨無霸——赫克拉-北冕牆，其長度超越現時所見任何宇宙結構，甚至挑戰了宇宙均勻性的基本理論。

星系牆的成因與意義

我們要問一個「為什麼」：為何宇宙會自動建構出這些巨牆？答案藏於宇宙初生時的微小密度擾動(big bang fluctuation)。就像牛奶加進咖啡，攪拌後部分地方略為奶多、部分則奶少，這些微小差異經過重力作用不斷放大，形成星系、星系團，乃至最終凝聚出星系牆。想像一下香港夜景，有時會看到市區燈火集中連成一線，星系牆就是宇宙夜空中這種「燈河」。

星系牆的存在是驗證「宇宙大爆炸」及膨脹理論的重要支撐。同時，牆體內的暗物質分布、星系運動和分佈也提供解讀暗物質、暗能量(Dark Energy)和重力等基本物理謎題的線索。

宇宙尺度上的挑戰

赫克拉-北冕牆的巨大甚至成為天體物理的一大難題——理論上，宇宙在尺度超過約13億光年後會「均勻」起來(宇宙學原理Cosmological Principle)，然而如此巨型的牆壁卻出現，令人質疑現時宇宙模型的完備性。

我們可以親眼見到星系牆嗎？

可惜，即使在全世界觀星條件最好的地方，也沒法肉眼「直接」看到星系牆，因為它們距離地球實在過於遙遠，而且分布的星系也太黯淡、分散。但利用大型望遠鏡及紅移數據，天文學家可以用電腦重建出星系三維分佈圖，就像醫生掃描人體內臟一樣，形象地「看」出整條星系牆的輪廓。

與日常生活的聯繫

星系牆告訴我們，即使在最浩瀚的時空裡，宇宙也會因微小變化而布置出井然有序的圖案。就好像一座城市的規劃，一條路或一堵牆得來不易，背後有無數選擇與偶然。星系牆提醒我們，即使身處喧鬧都市、每日在樓宇森嚴的香港生活，其實我們也是“宇宙田園”裡一分子。

結語

從地球出發，我們眼望無盡星空，只是宇宙牆邊一粒微塵。星系牆以不可思議的規模，凝聚了從宇宙誕生以來的奇蹟。它帶給我們無限敬畏，也推動著人類不斷探索：究竟這個宇宙還隱藏著什麼「不可思議」？下次抬頭望天，不妨想一想，在宇宙最深處，那一道比高樓大廈還要巨大千萬億倍的「牆」，正默默佇立，見證著宇宙故事的演變。