宇宙尺度到底是個什麼樣的尺度?
▲宇宙到底有多大?這是個哲學問題,更是個科學問題。
仰望天空,宇宙到底有多大?
這是從古到今,從你到我,從哲學到科學,一直困擾我們的重要命題。
要想真正感同身受宇宙到底有多大——除非有一天你的真身能夠穿越整個宇宙,暫且的辦法恐怕只有一個,那就是:帶上你那豐富的想像力和感受力,讓我帶你來把宇宙大穿越——一個二維化的已知宇宙!叫你徹底嗨個夠!
▲人類與地球之母相比,到底渺小多少?
先拿你最熟悉的尺度衡量吧,你的身高VS地球的直徑,比比看——相差竟然足足1000萬倍。
1000萬啥概念?1000你足夠理解是吧。要是你以每秒數一個數字的速度(先別嫌慢),數完1000的話,你得需要16分鐘。要是數完1000萬呢?你得整整花上174天!
當然,這期間也不能太虐待你,准許你每天睡8小時,16個小時用來全部數數字!一秒就一個數,就得數174天!看來當個千萬富翁也挺累。
▲2016年5月29日,美國深太空氣候觀測站拍攝的地球自轉影像
這下,你對相差1000萬倍,有點概念了吧。對地球有多大,有些直觀概念了吧。
我們再來看看地球VS太陽,比較一下他倆的個頭兒。
▲太陽是地球體積的130萬倍!這是按照大小比例放置一塊兒的示意圖。
它倆相差130萬倍!按照剛才一秒數一個數字的速度,你得數上23天。
不看不知道,一看嚇一跳!地球——就是圖裡幾乎看不見的小點點。
領教了太陽的龐大身軀,再看看整個太陽系的大小吧。
一提到太陽系,通常我們腦子裡的概念都是這樣的——
▲太陽系恆星、行星、彗星、小行星主要構成的示意圖。
從里往外,從太陽一直到冥王星,不停飛!按照光速也得飛上5個多小時。
▲最上面是太陽,最下邊是冥王星+衛星卡戎,沒有按照實際比例製圖。因為一張圖根本裝不下整個太陽系。
這就是我們的太陽系。其實只是一小部分。對!還沒出太陽系,遠著呢。
從冥王星到太陽平均有40個AU,AU是指天文單位,一個日地距離1.5億公里。這就是說,冥王星距離太陽,是地球距離太陽的整整40倍!
要是從這裡回望地球,我們的母星會是啥樣呢?
▲就是這樣。人類最遠探測器「旅行者1號」從60億公里外拍攝的地球——圓圈中的小點點。
要知道,冥王星以外還有柯伊伯帶、奧爾特星雲呢。
奧爾特星雲大約從距離太陽5萬個AU(約1光年),一直延伸到10萬個AU(1.87光年)。
▲奧爾特星雲包裹下的整個太陽系,這是廣義上的太陽系,相比而言狹義的太陽系實在太小了。
要是有外星人從這裡窺視太陽系的話,別說地球了,就是太陽都不容易被看到。
再往外飛什麼樣?就是這樣——
▲距離我們最近的恆星系鄰居——半人馬座α足足有4.3光年!對,就是以光速飛行也得4.3年才能到達。
光速飛行,對於人類來說還是太科幻了,還是換成現實點的人類飛行器吧——旅行者1號,按照它目前17.062公里/秒(61452公里/小時)的速度, 至少還要花上7萬3千6百年的時間才能飛到。
但別忘了,咱太陽系可是銀河系小小小小的一部分喔。直觀看一下兩者之間的大小吧——
▲紅字標註的是太陽系和鄰近星際空間,處於銀河系的位置。
太陽系VS銀河系,它倆大小相差多大呢?給出一串數字不如給出一個比喻。
▲等比例縮小的話,如果拿肉眼看不見的白細胞當作太陽,那麼整個美國就是銀河系了。
打個比方,我們把太陽縮小成一個白細胞那麼小,整個銀河系就有美國辣么大!!!
難怪外星人總是找不著咱小小小小的地球呢!
▲看到這張圖之後,是不是感覺自己就像坐井觀天一樣。外面的世界其實更大。
更悲催的是,我們用肉眼看到的所有星星,都在這個黃色圈圈裡。而整個銀河系至少有1000億顆恆星!也有天文學家統計多達4000億顆。這是因為部分天區被遮蔽了,無法被徹底觀測。
1000億是啥概念?我們還是按照一秒數一個數字的節奏來玩玩,但規則稍有改動,要求你全天24小時一刻不停地數,為啥?因為數字太龐大了,所以你最好先變成AI再來數。這樣的話,等你數完1000億,時間早過了3000年。
當然,悲催的感覺還在後頭呢——銀河系之外還有更大的宇宙空間——本星系群。
▲直徑10萬光年的銀河系VS直徑1000萬光年的本星系群對比
本星系群有超過50個星系,包含第一大的仙女座星系、第二大的銀河系,整個直徑大約1000萬光年。偌大的銀河系擺到本星系群里,就是一個亮點而已。
但本星系群遠遠不是宇宙的全部,它又屬於範圍更大的室女座超星系團。
▲本星系群VS室女座超星系團,1000萬光年與1億1000萬光年之間的差異。
室女座超星系團真是大度能容得天下物,本星系群也成了一粒塵埃。
▲拉尼亞凱亞超星系團跨度5.2億光年
室女座超星系團之外,還有更大的超星系團——拉尼亞凱亞超星系團。2014年,天文學家重新確定了超星系團,以往我們熟悉的室女座超星系團,只是拉尼亞凱亞的一部分而已。
拉尼亞凱亞Laniakea這個詞來自於夏威夷語,意為「無盡的天堂」。這個橫跨5.2億光年的天堂,的確讓人無法想像到底有多大。
當然,比拉尼亞凱亞超星系團更大的宇宙空間,還有已知最大的宇宙結構——纖維狀結構,以及纖維狀結構之間的宇宙空間——空洞,還有最大的非結構——長城。
▲以地球為中心,十億光年尺度的宇宙,由許多空洞和纖維結構組成。
但所有這些,都被打包在人類已知宇宙——可觀測宇宙里。
▲可觀測宇宙半徑約為465億光年,直徑約為930億光年。
這就是可觀測宇宙的模擬全圖,室女座超星系團位於中心位置,但因過於渺小以至於看不見。
有人問了,什麼叫可觀測宇宙?
所謂可觀測,就是人類動用所有手段,最大限度地觀測到最遠天體發出的光線或其他輻射。目前我們測定的可觀測宇宙半徑約為465億光年,直徑約為930億光年。根據宇宙學原理,從任何方向到可觀測宇宙邊緣的距離大致是相等的,所以呢,可觀測宇宙是相對於觀測者來說的——人類有自己的可觀測宇宙,同理,宇宙其他文明也應該有自己的可觀測宇宙。
需要說明一下,目前人類只能觀測到:宇宙從不透明變為透明的臨界最後散射面,也就是宇宙大爆炸之後38萬年,最早出現原子、光子的樣子。不過,應該相信在未來的技術下,人類有可能觀測到更古老的宇宙中微子背景輻射,甚至可能利用引力波探測到宇宙的最初模樣。
▲藝術家對可觀測宇宙尺度的構想:以太陽為中心,往外是太陽系內行星和外行星,柯伊伯帶,奧爾特雲,半人馬座α,獵戶臂,銀河系,仙女座星系,鄰近星系,宇宙纖維狀結構,宇宙微波輻射,以及處在邊緣不可見的大爆炸等離子體。
說到這兒——宇宙到底有多大,其實還沒完呢。因為說來說去,我們一直說的是可見物質或者是可觀測物質,從你我、地球、銀河系一直到可觀測宇宙,其實只是普通物質。但對於整個宇宙來說,僅僅是冰山一角,確切點說只佔4.9%。剩下絕大部分竟然都是神秘的暗物質、暗能量!只有引力效應、看不見摸不著測不到的暗物質佔據26.8%,擁有巨大斥力、加速隔離星系、讓宇宙加速膨脹的暗能量佔到68.3%。
看起來,佔據整個宇宙支配地位的兩大暗勢力——暗物質、暗能量,人類竟然對它們知之甚少。動不動就大談宇宙的人(包括我自己在內),其實對整個宇宙基本是無知的。足夠諷刺是吧。
說到這兒,我馬上就要迷失在宇宙的廣袤和虛空當中了。不管什麼銀河系、超星系團連一粒塵埃都不是,只能算作一個像素點而已。至於地球、人類、我們,擺在這個尺度下,算作什麼呢?▲宇宙老玩童愛因斯坦開創了現代宇宙學。
有個叫愛因斯坦的老人家說過,「宇宙里唯有兩件事是無限滴,那就是宇宙的大小與人的愚蠢。不過呢,宇宙的大小我是不能肯定滴。」
看樣子老人家對人的愚蠢還是心裡有數滴。肉眼凡胎的我,每每鬱悶時就想想介個偌大的宇宙,再瞧瞧眼下的塵事——在宇宙這個尺度上,就連銀河系都算不上個塵埃,地球上70億分之一的咱還能算個神馬?!
對於我來說,宇宙就是一種生活的解藥。
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