天文學家正在努力了解宇宙的大尺度結構——它們是如何形成以及是如何影響宇宙膨脹的？
在最大的尺度上，我們的宇宙看上去就猶如午後無風的湖面， 平靜、波瀾不驚。但是在數億光年或者更小的尺度上，宇宙則呈現出了物質和巨洞之間的隨機、混雜分布。這是一個物質會聚集成團的宇宙。
雖然巨洞佔據了宇宙體積的絕大部分，但纖維狀的物質密集區會交織在這些「空空如也」的巨洞周圍。猶如蛛網上反射陽光的串串水珠，這些纖維會把發光的星系連接起來。被「粘」在這張宇宙之網上的有單個的星系、星系團以及由星系團組成的更為神秘的超星系團。
宇宙大尺度結構顯示巨洞會被纖維狀結構所包圍，而這些纖維又會連接超星系團。這一數值模擬顯示，宇宙並非天文學家原先所想像得那麼均勻。那麼這一超結構又是如何形成的呢？
超星系團通常包含有至少8個規模和室女星系團（由約2,000個星系組成）相當的阿貝爾型星系團。事實上，一個「普通」的超星系團通常在直徑2～3億光年的範圍內會包含上至大約50,000個的星系。
讓宇宙學家們感到疑惑的不僅僅是超星系團的樣子，還包括它們的形成、演化和相互作用。和超星系團相關的一個最基本問題是，看似隨機分布的宇宙物質能告訴我們些什麼有關宇宙最終性質或者我們在這個宇宙中作用的信息？
探測結構
超星系團存在的首個證據來自18世紀赫歇爾家族的星雲巡天。近兩個世紀後，美國帕洛馬天文台搜尋星系團的時候，他也發現了超星系團的蛛絲馬跡。
隨後公布了第一個星系團表。雖然據估計宇宙中應該存在數以百萬計的超星系團，但現如今天文學家們只發現了其中的幾十個。
對超星系團如何影響宇宙大尺度結構的研究也在逐漸地取得進展。
40年前，科學家們認為，尺度越大，宇宙在各個方向上就越均勻，即「各向同性」。
在過去的30年里，宇宙學家在扇形區域中所進行的深空巡天發現宇宙並非如此。
從遠處看超星系團，它們就像是鐵路線上的不同城市。而它們的邊界也非常的模糊，因為纖維結構通常會在大範圍內把它們連接到一起。
因此很難想像一個超星系團的範圍，而更難想像的是大尺度結構是如何從時空結構中生長起來的。不過，超星系團是在數千萬到數億光年的尺度上被組織起來的。所以宇宙學家相信，早期宇宙結構中的初始波動和漲落是形成現在我們所看到的星系團和超星系團的種子。
當宇宙還非常年輕的時候，它的溫度很高，這些大尺度結構的胚胎只不過是宇宙極早期物質中的隨機漲落。隨後，當引力接管了宇宙之後，物質就會開始在密度較高的地方聚集。但在這之前，漲落就已經存在了。
局部宇宙中的大尺度結構。在2微米全天巡天中共觀測了大約160萬個星系。在這張全天的星系分布圖中，最亮和最近的星系用紫色和藍色表示，最暗和最遠的星系用紅色表示。這給出了宇宙的三維的結構。
未來的大型射電望遠鏡陣將能夠在大範圍內探測中性氫，它們是構築所有星系的基本材料。通過跟蹤氫，宇宙學家就可以一覽宇宙早期的結構以及最早的超星系團的形成。
天文學家們還希望能用這些望遠鏡測量出早期星系的紅移。星系的紅移直接和宇宙時空的膨脹有關，因此這些測量結果可以使得天文學家能夠追蹤超星系團隨著時間的演化，並由此尋找中性氫氣體和星系形成之間的因果關係。
星系團，例如鄰近的室女星系團，自形成過程開始之後的10億年里它會在自身的引力作用下坍縮。但現在超星系團仍然處於膨脹和形成階段。
事實上，超星系團太大了，它坍縮所需的時間比宇宙的年齡還要長。雖然它們的核心仍有可能會坍縮，但它們的外部區域並不會跟進。
星系長城和巨洞
儘管超星系團非常巨大，但它並非是宇宙中由引力維繫的最大實體。龐大的「星系長城」才是，而組成城牆的正是超星系團、星系團和單個的星系。
對超星系團結構的基本認識在大約40年前就已經明晰。星系的形成始於宇宙中物質最密集的地方，例如超星系團的中心。那裡同時也是開啟恆星形成的地方。而在超星系團的外圍密度則要低得多。
20世紀70年代中期，天文學家之間有一場大辯論，超星系團是不是僅僅是由隨機分布的星系團在視線上的集中而「造」成的。
但在1977年之後，天文學家們一致同意，超星系團是真實的物理系統。天文學家證實，所有的星系都是超星系團的成員。即便是「散居」於巨洞中的獨立星系也並不是孤立的，而是某個暗弱的星系系統的一份子。
永恆的運動
雖然所有的物質都是永無止境的宇宙之網的一部分，但不管是單個星系還是超星系團都始終是在運動的。例如，大尺度上超星系團可以干擾一個星系由於宇宙自身膨脹而產生的運動（被稱為「哈勃流」）。這就像一塊巨石會擾亂冰冷的山泉一樣。因此，在局部的小尺度上，朝向超星系團運動的星系並不會「隨波逐（哈勃）流」。相反，它們可能會朝向我們運動，表現為「藍移」。
20世紀80年代後期，天文學家很想知道大量星系作為一個整體是如何運動。在扣除了由於宇宙膨脹造成的運動之後，他們得到了星系的本動速度。換句話說，天文學家們這時得到的是某個星系相對於其他星系、甚至是宇宙背景輻射的運動速度。舉個例子，銀河系在本星系群中的速度就由三個不同的分量組成。
在局部的尺度上，我們就位於一段包圍著巨洞的星系長城之上。巨洞正好和超星系團相反，而銀河系就位於一個膨脹著的巨洞的邊緣。天文學家發現銀河系正在以高速離開這個巨洞。這一運動正是附近的超星系團的引力所造成的。
在中間的尺度上，我們正在被拉往距離我們最近的大型物質聚集區——5,500萬光年遠的室女星系團。而室女星系團又隸屬於室女超星系團。
室女星系團是距離我們最近的星系團之一。和本星系群一起，它也是我們所在的超星系團的一部分。
在更大的尺度上，一個更大的矩尺-長蛇-半人馬超星系團正在把我們拉向它。我們的本星系群和室女超星系團都屬於它。
而矩尺-長蛇-半人馬超星系團又正受到位於半人馬座南部、6億光年遠的沙普利聚合體的引力吸引。沙普利聚合體的質量是室女超星系團的大約4倍，同時也是已知密度最高的超星系團。
大規模巡天
更好地確定超星系團動力學的一個辦法就是進行大範圍的巡天。澳大利亞的6度視場星系巡天（6dFGS）覆蓋了17,000平方度的天空，即80%的南部天空，為了解南天的大尺度結構提供了最詳細的觀測資料。雖然觀測小組仍在分析數據，但他們報告6dFGS已獲得了約125,000個星系的紅移，其中還包括了南天400多個阿貝爾星系團。
用來尋找星系團的方法類似於「找朋友」。選定一個星系，看看它有沒有鄰近的星系，然後再看看這些星系周圍有沒有星系。當星系的周圍不再有星系的時候，這就是一個星系團。
但在深度巡天的觀測資料中重複這一過程則是非常艱巨的。50年前，天文學家對於星系的總體分布一無所知。現在天文學家知道，星系和星系團是物質的高密度集中區。而超星系團並不（僅僅）是星系團的集合，而是宇宙之網中的高密度區。
在不久的將來，6dFGS和韋伯空間望遠鏡的數據將幫助我們更好地了解超星系團。但是還沒有任何數值模擬可以重現超星系團的細節。為了完善這些計算機模擬，天文學家需要更好的觀測數據。在北天進行的6dFGS將會對此有所幫助。
6度視場星系巡天所觀測到的星系分布圖。
另外，一個新的巡天計劃也將加入其中。美國的全景巡天望遠鏡和快速反應系統（Pan-STARRS）是到目前為止視場最大的光學巡天，在2013年完全投入使用。它可以覆蓋75%的天空。Pan-STARRS將會大大增進我們對50億光年內星系三維結構及其周圍大尺度結構的認識。
自相似宇宙？
90%的宇宙由巨洞佔據，其餘10%則是纖維結構和超星系團，這意味著什麼？答案可能在於「分形」。雖然類似Pan-STARRS這樣的深度巡天應該會給出一幅有關超星系團究竟在天空中是如何分布的全局圖像，但在相對較大的局部尺度（1～3億光年）上宇宙是呈現出分形結構的。
簡單地講，分形是一種描述在不同尺度上重複自身不均勻形狀的數學方法。它無限複雜，卻又具有自相似的結構。分形的例子包括樹木的分支結構、珊瑚礁、人體血管系統、海岸線、石頭和金屬碎片、山脈、雪花和超星系團。即便分形無法揭示出這些結構的形成過程，但它著實為我們提供了一個審視宇宙是如何組織起來的新視角。
幾年前，宇宙學家說分形並不適用於宇宙。但是現在他們改變了想法，不過依然認為對於無限小和無限大分形仍不適用。
然而，雖然絕大多數宇宙學家並不贊同，但正如一些宇宙學家現在所相信的，如果宇宙是無限的，那麼分形最終也許會被證明可以延伸到無限的尺度上。即使宇宙的某些「切片」具有分形結構，它仍然告訴我們宇宙是有規律的。
自然法則會在極為不同的條件下起作用，而書寫下這些法則的正是數學和物理。看似完全沒有規則的事物，事實上是非常有規律的。同樣的，我們的宇宙也受到這些最基本規律的支配。不過究竟是什麼樣的物理規律造就了這些分形結構目前還不得而知。
大圖畫
對於那些願意從哲學層面來思考宇宙的人來說，將宇宙最大尺度的分形結構和岩石碎片聯繫起來著實是一件傷透腦經的事情。即便如此，理論天文學家和觀測天文學家仍將會繼續進行更為深入的巡天觀測和更為全面的計算機模擬，以此來幫助他們至少了解另外兩個難題。
宇宙大尺度結構真的能被了解嗎？大尺度結構對於生命的出現起到了什麼作用？
天文學家相信，關於宇宙大尺度結構形成和演化的細節將會在幾十年之內取得突破。但要搞清楚宇宙大尺度結構和地球上生命之間的聯繫則要花更長的時間。
在此期間，宇宙組織結構的細微之處仍將是耐人尋味而又不可思議的事情。
