宇宙尺度到底是个什么样的尺度?

宇宙尺度到底是个什么样的尺度?

▲宇宙到底有多大?这是个哲学问题,更是个科学问题。

仰望天空,宇宙到底有多大?

这是从古到今,从你到我,从哲学到科学,一直困扰我们的重要命题。

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够穿越整个宇宙,暂且的办法恐怕只有一个,那就是:带上你那丰富的想象力和感受力,让我带你来把宇宙大穿越——一个二维化的已知宇宙!叫你彻底嗨个够!


▲人类与地球之母相比,到底渺小多少?

先拿你最熟悉的尺度衡量吧,你的身高VS地球的直径,比比看——相差竟然足足1000万倍。

1000万啥概念?1000你足够理解是吧。要是你以每秒数一个数字的速度(先别嫌慢),数完1000的话,你得需要16分钟。要是数完1000万呢?你得整整花上174天!

当然,这期间也不能太虐待你,准许你每天睡8小时,16个小时用来全部数数字!一秒就一个数,就得数174天!看来当个千万富翁也挺累。


▲2016年5月29日,美国深太空气候观测站拍摄的地球自转影像

这下,你对相差1000万倍,有点概念了吧。对地球有多大,有些直观概念了吧。


我们再来看看地球VS太阳,比较一下他俩的个头儿。


▲太阳是地球体积的130万倍!这是按照大小比例放置一块儿的示意图。

它俩相差130万倍!按照刚才一秒数一个数字的速度,你得数上23天。

不看不知道,一看吓一跳!地球——就是图里几乎看不见的小点点


领教了太阳的庞大身躯,再看看整个太阳系的大小吧。

一提到太阳系,通常我们脑子里的概念都是这样的——


▲太阳系恒星、行星、彗星、小行星主要构成的示意图。

从里往外,从太阳一直到冥王星,不停飞!按照光速也得飞上5个多小时。


▲最上面是太阳,最下边是冥王星+卫星卡戎,没有按照实际比例制图。因为一张图根本装不下整个太阳系。


这就是我们的太阳系。其实只是一小部分。对!还没出太阳系,远着呢。

从冥王星到太阳平均有40个AU,AU是指天文单位,一个日地距离1.5亿公里。这就是说,冥王星距离太阳,是地球距离太阳的整整40倍!


要是从这里回望地球,我们的母星会是啥样呢?


▲就是这样。人类最远探测器「旅行者1号」从60亿公里外拍摄的地球——圆圈中的小点点。

要知道,冥王星以外还有柯伊伯带、奥尔特星云呢。

奥尔特星云大约从距离太阳5万个AU(约1光年),一直延伸到10万个AU(1.87光年)。


▲奥尔特星云包裹下的整个太阳系,这是广义上的太阳系,相比而言狭义的太阳系实在太小了。

要是有外星人从这里窥视太阳系的话,别说地球了,就是太阳都不容易被看到。

再往外飞什么样?就是这样——


▲距离我们最近的恒星系邻居——半人马座α足足有4.3光年!对,就是以光速飞行也得4.3年才能到达。

光速飞行,对于人类来说还是太科幻了,还是换成现实点的人类飞行器吧——旅行者1号,按照它目前17.062公里/秒(61452公里/小时)的速度, 至少还要花上7万3千6百年的时间才能飞到。

但别忘了,咱太阳系可是银河系小小小小的一部分喔。直观看一下两者之间的大小吧——


▲红字标注的是太阳系和邻近星际空间,处于银河系的位置。

太阳系VS银河系,它俩大小相差多大呢?给出一串数字不如给出一个比喻。


▲等比例缩小的话,如果拿肉眼看不见的白细胞当作太阳,那么整个美国就是银河系了。

打个比方,我们把太阳缩小成一个白细胞那么小,整个银河系就有美国辣么大!!!

难怪外星人总是找不着咱小小小小的地球呢!



▲看到这张图之后,是不是感觉自己就像坐井观天一样。外面的世界其实更大。

更悲催的是,我们用肉眼看到的所有星星,都在这个黄色圈圈里。而整个银河系至少有1000亿颗恒星!也有天文学家统计多达4000亿颗。这是因为部分天区被遮蔽了,无法被彻底观测。

1000亿是啥概念?我们还是按照一秒数一个数字的节奏来玩玩,但规则稍有改动,要求你全天24小时一刻不停地数,为啥?因为数字太庞大了,所以你最好先变成AI再来数。这样的话,等你数完1000亿,时间早过了3000年

当然,悲催的感觉还在后头呢——银河系之外还有更大的宇宙空间——本星系群。


▲直径10万光年的银河系VS直径1000万光年的本星系群对比

本星系群有超过50个星系,包含第一大的仙女座星系、第二大的银河系,整个直径大约1000万光年。偌大的银河系摆到本星系群里,就是一个亮点而已。

但本星系群远远不是宇宙的全部,它又属于范围更大的室女座超星系团


▲本星系群VS室女座超星系团,1000万光年与1亿1000万光年之间的差异。

室女座超星系团真是大度能容得天下物,本星系群也成了一粒尘埃。


▲拉尼亚凯亚超星系团跨度5.2亿光年

室女座超星系团之外,还有更大的超星系团——拉尼亚凯亚超星系团。2014年,天文学家重新确定了超星系团,以往我们熟悉的室女座超星系团,只是拉尼亚凯亚的一部分而已

拉尼亚凯亚Laniakea这个词来自于夏威夷语,意为「无尽的天堂」。这个横跨5.2亿光年的天堂,的确让人无法想象到底有多大。

当然,比拉尼亚凯亚超星系团更大的宇宙空间,还有已知最大的宇宙结构——纤维状结构,以及纤维状结构之间的宇宙空间——空洞,还有最大的非结构——长城。


▲以地球为中心,十亿光年尺度的宇宙,由许多空洞和纤维结构组成。

但所有这些,都被打包在人类已知宇宙——可观测宇宙里。


▲可观测宇宙半径约为465亿光年,直径约为930亿光年。

这就是可观测宇宙的模拟全图,室女座超星系团位于中心位置,但因过于渺小以至于看不见。

有人问了,什么叫可观测宇宙?

所谓可观测,就是人类动用所有手段,最大限度地观测到最远天体发出的光线或其他辐射。目前我们测定的可观测宇宙半径约为465亿光年,直径约为930亿光年。根据宇宙学原理,从任何方向到可观测宇宙边缘的距离大致是相等的,所以呢,可观测宇宙是相对于观测者来说的——人类有自己的可观测宇宙,同理,宇宙其他文明也应该有自己的可观测宇宙。

需要说明一下,目前人类只能观测到:宇宙从不透明变为透明的临界最后散射面,也就是宇宙大爆炸之后38万年,最早出现原子、光子的样子。不过,应该相信在未来的技术下,人类有可能观测到更古老的宇宙中微子背景辐,甚至可能利用引力波探测到宇宙的最初模样


▲艺术家对可观测宇宙尺度的构想:以太阳为中心,往外是太阳系内行星和外行星,柯伊伯带,奥尔特云,半人马座α,猎户臂,银河系,仙女座星系,邻近星系,宇宙纤维状结构,宇宙微波辐射,以及处在边缘不可见的大爆炸等离子体。



说到这儿——宇宙到底有多大,其实还没完呢。因为说来说去,我们一直说的是可见物质或者是可观测物质,从你我、地球、银河系一直到可观测宇宙,其实只是普通物质。但对于整个宇宙来说,仅仅是冰山一角,确切点说只占4.9%。剩下绝大部分竟然都是神秘的暗物质、暗能量!只有引力效应、看不见摸不着测不到的暗物质占据26.8%,拥有巨大斥力、加速隔离星系、让宇宙加速膨胀的暗能量占到68.3%

看起来,占据整个宇宙支配地位的两大暗势力——暗物质、暗能量,人类竟然对它们知之甚少。动不动就大谈宇宙的人(包括我自己在内),其实对整个宇宙基本是无知的。足够讽刺是吧。

说到这儿,我马上就要迷失在宇宙的广袤和虚空当中了。不管什么银河系、超星系团连一粒尘埃都不是,只能算作一个像素点而已。至于地球、人类、我们,摆在这个尺度下,算作什么呢?


▲宇宙老玩童爱因斯坦开创了现代宇宙学。

有个叫爱因斯坦的老人家说过,「宇宙里唯有两件事是无限滴,那就是宇宙的大小与人的愚蠢。不过呢,宇宙的大小我是不能肯定滴。」

看样子老人家对人的愚蠢还是心里有数滴。肉眼凡胎的我,每每郁闷时就想想介个偌大的宇宙,再瞧瞧眼下的尘事——在宇宙这个尺度上,就连银河系都算不上个尘埃,地球上70亿分之一的咱还能算个神马?!

对于我来说,宇宙就是一种生活的解药。

发布于 2017-06-26 22:58