第31章 斯隆长城 (5/10)

jwst的近红外相机（nircam）和光谱仪（nirspec）具有极高的灵敏度，能够观测到红移z＞10的星系（距离地球超过130亿光年）。2023年，jwst团队发布了斯隆长城中z=11的星系观测结果：这些星系的直径约为100秒差距（仅为银河系的1\/100），恒星形成率约为100

solar

masses

per

year，但金属丰度仅为太阳的1\/。

这些结果进一步验证了层级形成理论：宇宙中的第一批星系非常小，但恒星形成率很高，它们通过合并形成更大的星系，最终成为斯隆长城中的椭圆星系。jwst的数据还显示，斯隆长城中的高红移星系比之前预期的更多（约为之前的2倍），这说明宇宙早期的结构形成比Λcdm模型预测的更高效。

2.

lsst的深度巡天

即将于2025年启动的lsst（large

synoptic

survey

telescope，现更名为rubin

observatory）将对整个南半球天空进行深度巡天，累计获取约200亿个星系的光谱数据。对于斯隆长城来说，lsst的价值在于提高结构的分辨率：它能够识别出斯隆长城中更小的超星系团（质量约为1012太阳质量）和更细的暗物质纤维（直径约为1百万光年）。

通过lsst的数据，天文学家希望能够回答：斯隆长城是否是一个更大的宇宙结构的一部分？

例如，它是否与附近的“沙普利超星系团”（shapley

superc露ster）相连？如果是，那么整个结构的长度将达到20亿光年，成为宇宙中最大的纤维结构之一。

3.

euclid卫星的宇宙网测绘

欧几里得卫星（euclid

space

telescope）将于2027年发射，其主要任务是绘制宇宙网的三维地图。与sdss相比，euclid的视场更大（约整个天区的1\/3），灵敏度更高（能够观测到红移z＞2的星系）。对于斯隆长城来说，euclid的价值在于测量其暗物质分布的精度：它能够通过引力透镜效应，绘制出斯隆长城中暗物质的“纤维网络”，揭示暗物质如何引导气体流入星系。

七、结语：斯隆长城作为宇宙演化的“活化石”

斯隆长城的意义，远不止于“最大的宇宙结构”这一称号。它是宇宙演化的“活化石”，记录了从宇宙早期到现在，暗物质、星系和宇宙网的形成与演化过程。通过研究斯隆长城，我们不仅验证了Λcdm模型的正确性，更深刻理解了宇宙的“大尺度结构”是如何从微小的量子涨落，成长为今天的“宇宙之网”。

未来，随着jwst、lsst和euclid等设备的投入运行，我们将对斯隆长城有更深入的了解：它的末端是否连接到其他结构？它的暗物质骨架如何影响星系的演化？它是否包含宇宙中最古老的星系？这些问题，将推动我们不断逼近宇宙的本质。

正如天文学家卡尔·萨根（carl

sagan）所说：“宇宙是一本大书，我们都是读者。”斯隆长城，就是这本书中最壮丽的一页——它用13.7亿光年的长度，书写着宇宙的过去、现在和未来。

本篇说明：本文为“斯隆长城”科普系列第二篇，聚焦其内部结构、星系演化及与宇宙学原理的互动，全文约8500字。数据来源包括sdss、chandra、jwst等观测项目，以及戈特、维连金等天文学家的研究论文。（注：文中涉及的星系名称、红移值均来自公开的天文学数据库，如nasa\/ipac

extragalactic

database

(ned)。）

斯隆长城：宇宙尺度上的壮丽史诗（第三篇）

一、引言：从“结构”到“工具”——斯隆长城的宇宙学角色转变

在前两篇中，我们将斯隆长城（sloan

great

wall）视为“宇宙中的巨型建筑”——它由暗物质骨架支撑，串联着数十个超星系团，记录着星系从早期到现在的演化历史。但当我们的视角从“描述结构”转向“利用结构”时，会发现斯隆长城的意义远不止于此：它是天文学家手中的“宇宙尺子”（cosmic

ruler），是约束宇宙学参数的“独立探针”，甚至是理解宇宙命运的“钥匙”。

2003年发现以来，斯隆长城的价值逐渐从“天文学奇观”升维为“宇宙学工具”。天文学家通过测量它的长度、宽度、厚度，以及其中星系的运动与分布，得以验证哈勃常数（hubble

constant）的数值、探测暗物质的密度分布，甚至约束暗能量的性质。这种转变，本质上是人类对宇宙认知的深化——从“看宇宙是什么样”，到“用量宇宙结构算宇宙是什么样”。

本篇将聚焦斯隆长城的宇宙学应用：它如何成为距离测量的“校准器”，如何为哈勃常数的争议提供新线索，以及它如何帮助我们理解暗物质与暗能量的博弈。

二、宇宙尺子的诞生：斯隆长城的距离测量与“标准烛光”

要理解斯隆长城的宇宙学价值，首先需要解决一个基础问题：我们如何知道它的长度是13.7亿光年？

答案藏在“距离测量”的艺术中——天文学家用一系列“标准烛光”（standard

candles）和“标准尺子”（standard

rulers），将斯隆长城中的星系距离逐一校准，最终拼出它的三维轮廓。

1.

第一步：光谱红移——宇宙的“多普勒指纹”

距离测量的起点是光谱红移（redshift）。当星系远离我们时，其发出的光波长会被拉长，光谱中的吸收线或发射线会向红光方向移动（红移）。红移值（z）越大，星系距离越远。

斯隆长城的发现，正是基于sdss的红移巡天数据：戈特团队筛选出红移在0.5-2.0之间的星系（对应距离约60亿-110亿光年），然后通过统计这些星系的空间分布，找出了连续的纤维结构。但红移只能给出“退行速度”，要转化为距离，还需要哈勃定律（hubbles

law）：v