A. 带你看哈勃望远镜眼中的深空宇宙，每一张照片都如此美丽
星系，是一个由众多恒星组成的巨大天体系统，在早期，人类碍于观测技术的原因，认为宇宙中只有银河系一个星系存在。然而随着天文学的发展以及望远镜的出现，人们开始认识到银河系并非是宇宙的整个结构，在银河系之外还存在着其他星系。
最早提出这种设想的是康德与赖特，当时人们已经发现，在黑暗的夜空中除了拥有发光的恒星之外还有一些云雾形状的天体，他们认为这些天体可能是由大量恒星组成，由此提出了宇宙岛假说
不过由于起初没有任何证据的支持，从而宇宙岛假说不被人信服，。直到后来着名天文学家埃德温-哈勃通过胡克望远镜的发现，才最终确认银河系之外还存在其他无数星系
如今，天文学家估计，在整个已知的宇宙中星系总量最少拥有两千亿乃至上万亿个左右，而这也都归功于先进的哈勃望远镜，没错，就是以埃德温哈勃命名的空间望远镜。
目前人类拥有的星系照片基本都是由哈勃望远镜拍摄，今天就带大家去看看那些哈勃望远镜眼中的美丽深空星系图片。
作为最经典的星系照片之一，便是距离我们最近的大星系，仙女座星系。
仙女座星系距离地球大约为254万光年，它比我们银河系要大得多，直径达到了22万光年，这是哈勃望远镜拍摄的15亿像素照片，其内密密麻麻的亮光都是一颗颗恒星，科学家估算这些恒星的数量最少拥有将近一万亿颗。
这是涡状星系，编号为M51，涡状星系位于北天的猎犬座，距离地球大约2300万光年，直径为6万光年，在他的旁边还有一个较小的伴星系，目前在引力的作用下正发生融合现象。
这是着名的NGC 4594星系，由于形状似一顶墨西哥人带的草帽，因而又被称为草帽星系。草帽星系位于室女座，距离地球大约2930万光年。它的独特之处在于拥有着壮观的尘埃环，如果进入到它的内部，我们会发现这里孕育了大量的年轻亮星，而在它的中心位置是一个密集的球状星团。
这是老鼠星系，位于后发座，距离地球约为2.9亿光年。老鼠星系是由两个螺旋星系组成的星系，他们彼此之间正发生碰撞合并，引力使他们不断地互相穿插融合，从而形成了两条很长的尾带，在时间的推移下最终会形成一个更大的新星系。
这是位于大熊座的风车星系，最早由法国天文学家皮埃尔-梅香发现，风车星系距离地球约2100万光年之遥，直径为17万光年，他与我们银河系非常相似，其内也拥有着多条螺旋臂。
这是位于仙女座的阿普273，也是一个正在发生碰撞融合的星系，距离地球为3亿光年。阿普273星系极为美丽，两个星系之间相距数万光年，他们在碰撞中形成了一朵如绽放的玫瑰，因此也被评为最美的星系之一。
这是NGC 3256星系，位于船帆座，距离地球约为1亿光年。NGC 3256已经是两个星系融合后的大星系，其内的恒星极为灿烂，由于在融合过程中星云不断发生碰撞，从而导致大批新的恒星诞生。
这是蝌蚪星系，位于天龙座，它的直径长达28万光年，距离地球有4亿光年，蝌蚪星系的最独特之处是有着一条细长的尾巴，形象似蝌蚪一般，科学家猜测这可能一个致密的星系入侵所造成的。
这是车轮星系，也是一个经过碰撞融合后的新星系，直径为十五万光年。我们可以看出他的样貌与车轮极其相似，因而被称为车轮星系。他位于玉夫座，距离我们有五亿光年，
这是哈氏天体，一个着名的环星系，直径为10万光年，由于奇特的样貌而被人熟知，在他的的外围环状是蓝色恒星，中间则是年老的红色恒星组成，距离地球约6亿光年。
其实在我们宇宙中还有许许多多的美丽星系，而这也只是哈勃望远镜眼中的微小部分，这不由得让我们感叹宇宙是如此的浩瀚。
B. 站在宇宙上空观看宇宙，宇宙到底长什么样子
每当夜幕降临，抬头仰望天空，我们总是能看见一闪一闪的星星。在过去，人们的生活中并没有出现那么多现代化的照明。在每个漆黑的夜晚，人们都是依靠着月亮和星星的光亮来看路。你是否曾思考过一个问题：星星到底是什么？
所以说，在不同位置观察同一个物体，看到的结果都是不同的。当你站在火星上的时候观望地球时，地球对于你来说很可能就是天空中那颗闪闪发亮的“星星”。但当你站在其他星球观察地球时，结果可能就不一定是如此了。
C. 10张图带你看人类家园——在太空遥望，遇见远方蓝色星球的模样
美国宇航局的月球轨道器1号在1966年从紧邻月亮的角度拍下了地球的第一张照片。42年后，NASA公开了这张分辨率更高的版本，它是由原始数据库中找到的相似图片重制而成的。图源：美国宇航局/ 月球轨道器图像恢复项目（LOIRP）
本文最初由美国宇航局 科学 在线发表；作者是菲尔·戴维斯（Phil Davis）
“我突然意识到那个美丽的蓝色小豌豆就是地球。我举起我的拇指，闭上一只眼睛，此时我的拇指就覆盖住了一颗行星——地球。但我并不感觉自己是个巨人，而是感到非常，非常 渺小 。”
——阿波罗11号，尼尔·阿姆斯特朗。
图源：美国宇航局/喷气推进实验室
图源：美国宇航局/喷气推进实验室
1.旅行者一号:在720万英里和40亿英里处
旅行者一号在远方捕捉到了这两张着名而独特的地球照片。第一张是在 1977 年，旅行者一号距地球 730万英里(1170万公里) 时拍摄的。这是 历史 性地第一次在一幅画面中 同时展示 了完整的地球和月球。
第二张是在 1990 年，距离地球 40亿英里(64亿公里) 时拍摄的，是太阳系全家福中的一部分。它展现了地球只是 一缕阳光中微小的蓝点 。这就是那张因卡尔·萨根名垂千古的" 暗淡蓝点 "（Pale Blue Dot）。萨根去世后，他的妻子安·德鲁伊安这样评价道这张照片:
“我们心甘情愿地承认地球确实是浩瀚宇宙中十分渺小的一员。这份谦逊是科学赐予我们的，促使我们丢弃那像孩童般以自我为中心的心理。旅行者号展示的那张地球照片深深触动我们的心灵，因为你无法看着那张照片，却不去思考我们的世界到底有多么，多么脆弱；思考共享这一切的人们到底有多少共同之处；思考在这微小星球之上的每一个人之间的联系。”
开普勒（Kepler）视角下的地球，拍摄于2017年12月10日。图源：美国宇航局/艾姆斯研究中心
2.开普勒：昏暗星海中的光明
美国宇航局的开普勒太空望远镜在飞行了 9400万英里（1.51亿公里） 后，拍摄了一张地球图像。图像中的反射光非常明亮，以至于在仪器的传感器上出现了一道像剑一样的饱和光带，遮盖了邻近的月球。
右图，卡西尼号于2013年捕捉到的图像。左图，卡西尼号于2017年捕捉的 土星环 之间的图像。 图源：美国宇航局
3.卡西尼号：你好呀，再见啦
在这张美丽的快照上，土星环下有一个圆点，那就是地球。这张照片拍摄于 2013 年，卡西尼号土星探测器将相机对准了我们的家乡，当时成千上万的人们正从地球挥手致意。后来，在 2017 年卡西尼号光荣退役前，围绕土星运行最后一圈时，在土星环之间捕捉到了这张 与地球的最后告别 。
美国宇航局月球勘测轨道飞行器（LRO）于2015年10月12日在月球轨道有利位置捕捉到了一张视角独特的地球照片。图源：美国宇航局/戈达德航天中心/亚利桑那州立大学
4、月球勘测轨道飞行器：“简直令人惊叹”
“这是张美的令人惊叹的照片！让人想起了阿波罗17号航天员哈里森·施密特（Harrison Schmitt）着名的“ 蓝色弹珠 ”（Blue Marble），那张照片也突显了非洲地区。”
——美国宇航局“月球勘测轨道飞行器”任务的项目代理科学家诺亚·佩特罗（Noah Petro）说。
作为工程测试环节的一部分，美国宇航局的奥西里斯号小行星探测器捕捉到了这张地球和月球的图片。图源：美国宇航局
5.OSIRIS-REx:再见了——从现在起——时速1.9万英里
作为工程测试环节的一部分， 2018年1月 ，距离地球 3950万英里(6360万公里) 的地方，美国宇航局的 奥西里斯号 小行星探测器捕捉到了这张地球和月球的图片。摄像机拍摄这张照片之际，探测器正以每小时 1.9万英里(每秒8.5公里) 速度远离我们的星球。地球是图片中心部分最大最亮的。而较小较暗的月球出现在右侧。四周的空间里还能看到几个 星座 。
由美国宇航局 好奇号 漫游车拍摄的火星黄昏的天空和地平线，可以看到地球是火星夜空中最亮的一颗星。
图源：美国宇航局/喷气推进实验室/MSSS/德克萨斯A&M大学
6、好奇号：从火星上看
一个视力正常的人类观察者，站在火星上，可以轻松看到地球和月球这两颗清晰明亮的“夜晚的星星”。
在一百万英里外观赏地球和月亮。图源：美国宇航局/ 美国国家海洋和大气管理局
7. 深空气候天文台：月球实力抢镜头
“ 2015年 ，深空气候天文台（DSCOVR）卫星拍摄的这张图片捕获了月亮经过地球亮面的独特视图。它提供了在地球上无法直接观测的 月球背面 的图像。这样的视角令人感动非常，而且只有通过我们的卫星，这样的景色才能被分享出来。”
——美国宇航局地球科学分部部长迈克尔·弗里里奇（Michael Freilich）
伽利略号宇宙飞船离开地球时拍摄的景象。图源：美国宇航局
8.伽利略号:离开的第八天
距伽利略号和地球最后一次相遇已经八天了——第二次借助地球引力以驶向 木星 ——当伽利略号回望地球的时候，捕捉到了我们的地球和月球的非凡景象。这张图片是在距离地球约 390万英里(620万公里) 地方拍摄的。
罗塞塔号视野下的地球。图源：欧空局
9.罗塞塔号:生命片段
2009 年，飞往 楚留莫夫－格拉希门克彗星 的欧空局罗塞塔号航天器第三次也是最后一次飞越我们的星球。在此期间，它在距离地球约 39.3万英里(63.3万公里) 的地方拍摄到了这幅图像。
信使号飞离地球的景象。图源：美国宇航局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/华盛顿卡内基研究所
10.信使号：再见，地球
准备飞往 水星 的信使号在 2005年8月2号 飞越地球以进行引力助推的过程中，捕获了几张令人惊讶的地球图像。
结语：10张从太空拍到的地球照片。
作者 ：EarthSky Voices
FY ：Astronomical volunteer team
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D. 宇宙是什么样子的 给点图片
宇宙是什么样子的，历史已有的观点：
1917年，爱因斯坦发表了着名的“广义相对论”，为我们研究大尺度、大质量的宇宙提供了比牛顿“万有引力定律”更先进的武器。应有后，科学家解决了恒星一生的演化问题。而宇宙是否是静止的呢？对这一问题，连爱因斯坦也犯了了一个大错误。他认为宇宙是静止的，然而1929年美国天文学家哈勒以不可辩驳的实验，证明了宇宙不是静止的，而是膨胀的。正像我们吹一只大气球一样，恒星都在离我们远去。离我们越远的恒星，远离我们的速度越快。可以推想：如果存在这样的恒星，它离我们足够远以至于它离开我们的速度达到光速的时候，它发出的光就永远也不可能达到地球了。从这个意义上讲，我们可以认为他是不存在的。因此，我们认为宇宙是有限的。
“宇宙到底是什么样子？”目前尚无定论。值得一提的是史蒂芬.霍金的观点比较让人容易接受：宇宙是有限无界的，只不过比地球多了几维。比如，我们的地球就是有限而无界的。在地球上，无论是从南极到北极，还是从北极走到南极，你始终不可能找到地球的边界，但你不能由此认为地球是无限的。实际上，我们都知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。
怎样理解宇宙比地球多了几维呢？举一个例子：一个小球沿地面滚动并掉进了一个小洞中，在我们看来，小球是存在的，它还在洞里面，因为我们人类是“三维”的；而对于一个动物来说，它得出的结论就会是：小球已经不存在了！它消失了。为什么得出这样的结论呢？因为它生活在“二维”世界里，对“三维”事件是无法清楚理解的。同样的道理，我们人类生活在“三维”世界里，对于比我们多几维的宇宙，也是很难理解清楚的。这也正是对于“宇宙是什么样子”这个问题无法解释清楚的原因。
1.均匀的宇宙
长期以来，人们相信地球是宇宙的中心。哥白尼把这个观点颠倒了过来，他认为太阳才是宇宙的中心。地球和其它行星都是围绕太阳转动，恒星则是镶嵌在天球的最外层上。布鲁诺进一步认为，宇宙没有中心，恒星都是遥远的太阳。
无论是托勒密的地心说还是哥白尼的日心说，都认为宇宙是有限的。教会支持宇宙有限的论点。但是，布鲁诺敢说宇宙是无限的，从而挑起了宇宙究竟是有限还是无限的长期论战。这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺而停止下来。主张宇宙有限的人说：“宇宙怎么可能是无限的呢？”这个问题同样也不好回答。
随着天文观测技术的发展，人们看到，确实像布鲁诺所说的那样，恒星是遥远的太阳。人们还进一步认识到，银河是由无数个太阳系组成的大星系，我们的太阳系处在银河系的边缘，围绕着银河系的中心旋转，转速大约每秒250公里，围绕银心转一圈约需2.5亿年。太阳系的直径充其量1光年，而银河系的直径高达10万光年。银河系由100多亿颗恒星组成，太阳系在银河系中的地位，真像一粒沙子处在北京城中。后来又发现，我们的银河系还与其它银河系组成更大的星系团，星系团的直径约为107光年（1000万光年）。目前，望远镜观测距离已达100亿光年以上，在所见的范围内，有无数个星系团存在，这些星系团不再组成更大的团，而是均匀各向同性地分布着。也就是说，在107光年的尺度以下，物质是成团分布的。卫星绕着行星转动，行星、彗星绕着恒星转动，形成了一个个太阳系。这些太阳系分别由一个、两个、三个或更多个太阳以及它们的行星组成。有两个太阳的称为双星系，有三个以上太阳的称为聚星系。成千上亿个太阳系聚集在一起，形成银河系，组成银河系的恒星（太阳系）都围绕着共同的重心—银心转动。无数银河系组成的星团，团中的银河系也同样围绕着它们共同的重心转动。但是，星系团之间，不再有成团结构。各个星系团均匀地分布着，无规则的运动着。从我们地球上，往四面八方看，情况都差不多。粗略地说，星系团有点像容器中的气体分子，均匀分布着，做着无规则运动。这就是说，在108光年（一亿光年）的尺度以上，宇宙中的物质不再是成团的，而是均匀分布的。
由于光的传播需要时间，我们看到的距离我们一亿光年的星系，实际上是那个星系一亿光年前的样子。所以，我们用望远镜看到的，不仅是空间距离遥远的星系，而且是它们的过去。从望远镜看来，不管多远距离的星系团，都均匀各向同性的分布着。因而我们可以认为，宇观尺度上（105光年以上）物质分布的均匀状态，不是现在才有的，而是早已如此。
于是，天体物理学家提出一条规律，即所谓宇宙学原理。这条原理说，在宇观尺度以上，三维空间在任何时刻都是均匀各向同性的。现在看来，宇宙学原理是对的。所有星系都差不多，都有相似的演化历程。因此我们用望远镜不仅看空间，而且在看时间，在看我们的历史。
2.有限而无边的宇宙
爱因斯坦发表相对论以后，考虑到万有引力比电磁力弱得多，不可能在分子、原子、原子核等研究中产生重要的影响，因而他把注意力放在了天体物理上。他认为，宇宙才是广义相对论大有用武之地的领域。
爱因斯坦1915年发表广义相对论，1917年就提出了一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个人们完全意想不到的模型。在这个模型中，宇宙的三维空间是有限无边的，而且不随时间变化。以往人们认为，有限就是有边。爱因斯坦把有限和有边区分了开来。
一个长方形的桌面，有确定的长和宽，也有确定的面积，因而大小是有限的，同时它有明显的四条边，因此是有边的。如果有一个小甲虫在它上面爬，无论向哪个方向爬，都会很快到达桌面的边缘。所以桌面是有限有边的二维空间。如果桌面向四面八方无限伸展，成为欧氏几何中的平面，那么，这个欧式平面是无限无边的二维空间。
我们再看一个篮球的表面，如果篮球的半径为r，那么球面的面积是4∏r0，大小是有限的。但是，这个二维球面是无边的。假如一个小甲虫在它上面爬，永远也不会走到尽头。所以，篮球面是一个有限无边的二维空间。
按照宇宙学原理，在宇观尺度上，三维空间是均匀各向同性的。爱因斯坦认为，这样的空间必定是常曲率空间，也就是说空间个点的弯曲程度应该相同，即应该有相同的曲率。由于有物质存在，四维时空应该是弯曲的。三维空间也应该是弯的而不应是平的。爱因斯坦觉得，这样的宇宙应该是三维超球面。三维超球面不是通常的球体，而是二维球面的推广。通常的球体是有限有边的，体积是3∕4∏r3,它的边就是二维球面。三维超球面是有限无边的，生活在其中的三维生物（例如我们人类就是有长、宽、高的三维生物），无论朝哪个方向前进均碰不着边。假如它一直朝北走，最终会从南边回来。
宇宙学原理还认为，三维空间的均匀各向同性是在任何时刻都保持的。爱因斯坦觉得其中最简单的情况就是静态宇宙，也就是说，不随时间变化的宇宙。这样的宇宙只要在某一时刻均匀各向同性，就永远保持均匀各向同性。
爱因斯坦试图在三维空间均匀各向同性、且不随时间变化的假定下，求解广义相对论的场方程。场方程非常复杂，而且需要知道初始条件（宇宙最初的情况）和边界条件（宇宙边缘处的情况）才能求解。本来，解这样的方程是十分困难的事情，但是爱因斯坦非常聪明，他设想宇宙是有限无边的，没有边自然就不需要边界条件。他又设想宇宙是静态的，现在和过去都一样，初始条件也就不需要了。再加上对称性的限制（要求三维空间均匀各向同性），场方程就变得好解多了。但还是得不出结果。反复思考之后，爱因斯坦终于明白了求不出解的原因：广义相对论可以看作是万有引力定律的推广，只包含“吸引效应”不包含“排斥效应”。而维持一个不随时间变化的宇宙，有排斥效应和吸引效应相平衡才行。这就是说，从广义相对论场方程不可能得出“静态”宇宙。要想得出静态宇宙，必须修改场方程。于是他在方程中增加了一个“排斥项”，叫做宇宙项。这样，爱因斯坦终于计算出了一个静态的，均匀各向同性的、有限无边的宇宙模型。一时间大家非常兴奋，科学终于告诉我们，宇宙是不随时间变化的、是有限无边的。看来，关于宇宙有限还是无限的争论似乎可以画上一个句号了。
3.宇宙的“宇宙模型”之说
几年之后，一个名不见经传的前苏联数学家弗里德曼，应用不加宇宙项的场方程，得到一个膨胀的、或脉动的宇宙模型。弗里德曼宇宙在三维空间上也是均匀、各向同性的，但是，它不是静态的。这个宇宙模型随时间变化，分三种情况，三维空间的曲率是负的；第二种情况，三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的；第三种情况，三维空间的曲率是正的。前两种情况，宇宙不断地膨胀；第三种情况，宇宙先膨胀，达到一个最大值后开始收缩，然后再膨胀，再收缩、、、、、、因此第三种宇宙是脉动的。弗里德曼宇宙最初发表在一个不太着名的杂志上。后来，西欧一些数学家物理学家得到类似的宇宙模型。爱因斯坦得知这类膨胀或脉动的宇宙模型后，十分兴奋。他认为自己的模型不好，应该放弃，弗里德曼模型才是正确的宇宙模型。
同时，爱因斯坦宣称，自己在广义相对论的场方程上加宇宙项是错误的，场方程不应该含有宇宙项，而应该是原来的老样子。但是，宇宙项就像“天方夜谭”中从瓶子里放出的魔鬼再也收不回去了。后人没有理睬爱因斯坦的意见，继续探讨宇宙项的意义。今天，广义相对论的场方程有两种，一种不含宇宙项，另一种含宇宙项，都在专家们的应用和研究中。
早在1910年前后，天文学家就发现大多数星系的光谱有红移现象，个别星系的光谱还有紫移现象。这些现象可以用多普勒效应来解释。远离我们而去的光源发出的光，我们收到时会感到其频率降低，波长变长，并出现光谱线红移的现象，即光谱线向长波方向移动的现象。反之，向着我们迎面而来的光源，光谱线会向短波方向移动，出现紫移现象。这种现象与声音的多普勒效应相似。许多人都有过这样的感受；迎面而来的火车其鸣叫声特别尖锐刺耳，远离我们而去的火车其鸣叫声则明显迟钝。这就是声音的多普勒效应，迎面而来的生源发出的声波，我们感到其频率升高，远离我们而去的生源发出的声波，我们则感到其频率降低。
如果认为星系的红移、紫移现象是多普勒效应，那么大多数星系都在远离我们，只有个别星系向我们靠近。随之进行的研究发现，那些个别向我们靠近的紫移星系，都在我们自己的本星系团中（我们银河系所在的星系团称本星系团）。本星系团中的星系，多数红移，少数紫移；而其它星系团中的星系就全是红移了。
1929年，美国天文学家哈勃总结了当时的一些观测数据，提出了一条经验规律，河外星系（即我们银河系之外的其他银河系）的红移大小正比于它们离开我们银河系中心的距离。由于多普勒效应的红移量与光源的速度成正比，所有，上述定律又表述为：河外星系的推行速度与它们离我们的距离成正比：
V＝HD
式中的V是河外星系的退行速度，D是它们到我们银河系中心的距离。这个定律成为哈勃定律，比例常数H称为哈勃常数。按照哈勃定律，所有的河外星系都在远离我们。而且，离我们越远的河外星系，逃离越快。
哈勃定律反映的规律与宇宙膨胀理论正好相符。个别星系的紫移可以这样解释，本星系团内部个星系要围绕它们的共同重心移动，因此总会有少数星系在一定时间内向我们的银河系靠近。这种紫移现象与整体的宇宙膨胀无关。
哈勃定律大大支持了弗里德曼的宇宙模型。不过，如果查看一下当年哈勃得出定律时所用的数据图，人民会感到惊讶。在距离与红移量的关系图中，哈勃标出的点并不集中在一条直线附近，而是比较分散的。哈勃怎么敢断定这些点应该描绘成一条直线呢？一个可能的答案是，哈勃抓住了规律的本质，抛开了细节。另一个可能是，哈勃已经知道当时的宇宙膨胀理论，所以大胆认为自己的观测与该理论一致。以后的观测数据越来越精，数据图中的点也越来越集中在直线附近，哈勃定律终于被大量实验观测所确认。
4.宇宙到底有限还是无限
现在，我们又回到前面的话题，宇宙到底有限还是无限？有边还是无边？对此，我们从广义相对论、大爆炸宇宙模型和天文观测的角度来探讨这一问题。
满足宇宙学原理（三维空间均匀各向同性）的宇宙，肯定是无边的。但是否有限，却要分三种情况来讨论。
如果三维空间的曲率是正的，那么宇宙将是有限无边的。不过，它不同于爱因斯坦的有限无边的静态宇宙，这个宇宙是动态的，将随时间变化，不断的脉动，不可能静止。这个宇宙从空间体积无限小的奇点开始爆炸、膨胀。此奇点的物质密度无限大。温度无限高、空间曲率也无限大。在膨胀过程中宇宙的温度逐渐降低，物质密度、空间曲率和时空曲率逐渐减小。体积膨胀到一个最大值后，将转为收缩。在收缩过程中，温度重新升高】物质密度、空间曲率和时空曲率逐渐增大，最后达到新奇点许多人认为，这个宇宙在达到新奇点之后将重新开始膨胀。显然，这个宇宙的体积是有限的，这是一个脉动的、有限无边的宇宙。
如果三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的（宇宙中有物质存在，四维时空是弯曲的），那么这个宇宙一开始就具有无限大的三维体积，这个初始的无限大三维体积是奇异的（即“无穷大”的奇点）。这个“无穷大”奇点，我开始，爆炸不是发生在初始三维空间中的某一点，而是发生在初始三维空间的每一点，即大爆炸发生在整个“无穷大”奇点上。这个“无穷大”奇点，温度无限高，密度无限大，时空曲率也无限大（三维空间曲率为零）。爆炸发生后，整个“奇点”开始膨胀，成为正常的非奇异时空，温度、密度和时空曲率都逐渐降低。这个过程将永远地进行下去。这是一种不大容易理解的图像：一个无穷大的体积在不断地膨胀。显然，这种宇宙是无限的，它是一个无限无边的宇宙。
三维空间曲率为负的情况与三维空间曲率为零的情况比较相似。宇宙一开始就有无穷大的三维体积，这个初始体积也是奇异的，即三维“无穷大”奇点。它的温度、密度无限高，三维、四维曲率都无限大。大爆炸发生在整个“奇点”上，爆炸后，无限大的三维体积将永远膨胀下去，温度、密度和曲率都将逐渐降下来。这也是一个无限的宇宙，确切地说是无限无边的宇宙。
那么，我们的宇宙到底属于上述三种情况的哪一种呢？我们宇宙的空间曲率为正，为负还是为零呢？这个问题要由观测来决定。
广义相对论的研究表明，宇宙中的物质存在一个临界密度pc,大约是每个立方米三个核子（质子或中子）。如果我们宇宙中物质的密度P大于PC，则三维空间曲率为正，宇宙是有限无边的；如果P小于PC，则三维空间曲率为负，宇宙也是有限无边的。因此，观测宇宙中物质的平均密度，可以判定我们的宇宙究竟属于哪一种，究竟有限还是无限。
此外，还有另一个判据，那就是减速因子。河外星系的红移，反映的膨胀是减速膨胀，也就是说，河外星系远离我们的速度在不断减小。从减速的快慢，也可以判定宇宙的类型。如果减速因子q大于1／2，三维空间曲率将是正的，宇宙膨胀到一定程度将收缩；如果q等于1／2，三维空间曲率为零，宇宙将永远膨胀下去；如果q小于1／2，三维空间曲率将是负的，宇宙也将永远膨胀下去。
下表列出了有关的情况：
我们有了两个判据，可以决定我们的宇宙究竟属于哪一种了。观测结果表明，p＜pc，我们宇宙的空间曲率为负，是无限无边的宇宙，将永远膨胀下去！不幸的是，减速因子观测给出了相反的结果，q＞1／2，这表明我们宇宙的空间曲率为正，宇宙是有限无边的，脉动的，膨胀到一定程度会收缩回来。哪一种正确呢？有些人倾向于认为减速因子的观测更可靠，推测宇宙中可能有某些暗物质被忽略了，如果找到这些暗物质，就会发现p实际上是大于pc的。另一些人则持有相反的看法。还有一些人认为，两种观测方法虽然结论相反，但得到的空间曲率都与零相差不大，可能宇宙的空间曲率就是为零。然而，要统一大家的认识，还需要进一步的实验观测和理论推敲。今天，我们仍然肯定不了宇宙究竟有限还是无限，只能肯定宇宙无边，而且现在正在膨胀！此外，还知道膨胀大约开始于100亿～200亿年以前，这就是说，我们的宇宙大约起源于100亿～200亿年以前。
5.宇宙巨壁和宇宙巨洞
20世纪70年代以前，人们普遍认为大尺度宇宙的宇宙物质分布是均匀的，星系团均匀的地散布宇宙空间。然而，近年来天文学研究的进步改变了人们的共识。人们发现，宇宙在大尺度上也是有结构的。
20世纪50年代，沃库勒首先提出包括我们银河系所属的本星系群在内本超星系团。已先后发现十几个超星系团。星系团像一些珠子，被一些孤立的星系串在一起，形成超星系团。最大的超星系团超过了10亿光年。1978年，在发现A1367超星系团的发现了一个巨洞，其中几乎没有星系。不久，有着牧夫座发现一个直径达2.5亿光年的巨洞，巨洞里有一些暗的矮星系。巨洞和超星系团的存在表明，宇宙的结构好像肥皂泡沫那样由许多巨洞组成。星系、星系团和超星系团位于“泡沫巨洞”的“壁”上，把巨洞隔离开来。1986年，美国天文学家的研究结果表明，这些星系似乎拥挤在一条杂乱相连的不规则的环形周界上，像是附着在巨大的泡沫壁上，周界的跨度约50兆秒差距。后来他们的研究又得到进一步的发展。他们指出：宇宙存在着尺度约达50兆秒差距的低密度的宇宙巨洞，及高密度的星系巨壁，在他们所研究的天区存在一个星系巨壁，巨壁长为170兆秒差距，高为60兆秒差距，宽度仅为5兆秒差距。
星系巨壁（也称宇宙长城或宇宙巨壁）和宇宙巨洞是怎么产生的呢？人们认为应从宇宙早期去找原因，在宇宙诞生后不长时期内，虽然宇宙是均匀的，但各种尺度的密度起伏仍然是存在的，有的起伏被抑制住了，有的起伏得到发现，被引力放大成现在所观测到的大尺度结构。
6.暗物质之谜
不少天文学家认为宇宙中有90%以上的物质是以暗物质的形式隐藏着的。有些什么事实和现象表示宇宙中存在暗物质呢？
早在20世纪30年代荷兰天文学家奥尔特就注意到，为了说明恒星来回穿越银道面的运动，银河系圆盘中必须有占银河系总质量的一半的暗物质存在。20世纪70年代，一些天文学家的研究证明星系的质量主要并不集中在星系核心，而是均匀的分布在整个星系中。这就暗示人们，在星系晕中一定存在着大量看不见的暗物质。这些暗物质是些什么呢？
科学家认为，暗物质中有少量是所谓的重子物质，如极暗的褐矮星，质量为木星30倍～80倍的大行星，恒星残骸，小黑洞，星系际物质等。它们与可见物质一样，虽也是由质子、中子和电子等组成的物质，但很难用一般光学望远镜观测到它们。相对而言，绝大部分暗物质是非重子物质，它们都是些具有特意性能的，质量很小的基本粒子，如中微子、轴子及探讨中的引力微子、希格斯微子、光微子等。
怎样才能探测到这些暗物质呢？科学家做了许多努力。对于重子暗物质，他们重点探测存在于星系晕中的暗天体，它们被叫做大质量致密度晕天体。1993年，由美澳等国天文学家组成的三个天文研究小组开始了寻找致密晕天体的研究工作。到1996年，他们报告说，已找到7个这样的天体。它们的质量由1／10太阳质量到1个太阳质量不等。有些天文学家认为这些天体可能是白矮星、红矮星、褐矮星、木星大小的天体、中子星以及小黑洞，也有人认为银河系中50%的暗物质可能是核燃料耗尽的死星。
关于非重子物质，现在尚未观测到这些幽灵般的粒子存在的证据。
近年来对中微子质量的测量取得了一些新结果。1994年美国物理学家怀特领导的物理学小组测量出中微子质量在0.5～5电子伏（1电子伏等于1.7827×10（～36）千克）之间。在每一立方米的空间中约有360亿个中微子。如果是这样的话，那么宇宙中全部中微子的总质量要比所有已知的星系的总和还要大。
到目前为止，宇宙中暗物质的问题仍是个未解之谜。