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【逃出银河系】看完《三体》,研究一下宇宙的结构框架,人类能逃出银河系吗

《三体》终于看完了,除了感受黑暗森林法则的创意和维度战争的残酷,更惊叹宇宙尺度上时间和空间的无意义。《三体》中因为那一点时空误差,在DX3906星系,程心和云天明错过了,他们相差了一千八百九十万年。正在看《无垠的世界》,正如看历史需要一本历史地图册置于手边,看星际题材影视剧,需要了解一下宇宙的结构。下面就让我们看看现实宇宙的空间和时间尺度。

有必要先了解一下天文学长度单位——天文单位、光年、秒差距。太阳神2号创造了人类的最大速度记录70.22公里/秒(252,792公里/小时),一光年的距离,太阳神2号以最快速度飞行需要的时间超过4300年,如果大禹治水的时候顺便发射了太阳神2号,太阳神2号飞行的距离约1光年;地球距离最近的恒星比邻星距离1.295秒差距(4.22光年),太阳神2号以最快速度飞行需要的时间超过1.8万年,想想1.8万年前的新石器时代,人类历史在宇宙的尺度上就微不足道了。如果真的地球毁灭,人类将无处可逃。

【我们的宇宙】

从哲学的观点看,人们认为宇宙是无始无终,无边无际的。不过,对这个深奥的概念我们不打算做深入的探讨,还是留给哲学家们去研究。我们不妨把眼光缩小一些,讲一讲利用我们现有的科学技术所能了解和观测的宇宙,人们把它称为“我们的宇宙”或“总星系”。

尽管有宇宙是138亿岁这一事实,到可观测的宇宙的边缘之间的距离不是138亿光年,因为宇宙正在膨胀。虽然通常理解没有什么可以加速到速度等于或大于光的,可观测的宇宙的半径因此必须等于仅138亿光年是一种共同的误解。这只在狭义相对论的平面的静态闵口斯基空时(Minkowski spacetime)概念下是正确的。在真实的宇宙中,空时被对应的空间弯曲,被哈勃法则证明的。光速乘以一个宇宙学的时间间隔的距离没有直接的物理意义。

根据最新计算,从宇宙微波背景辐射(CMBR)到粒子的同移距离,代表可见宇宙的半径,约是140秒差距(约45.7亿光年),而到可观测的宇宙的边沿是143亿秒差距,约大2%。2013年估计的宇宙的最佳年龄为137.98±0.37亿年,但由于空间的膨胀人类正在观察原来更接近但比现在静态的138亿光年的距离已大大远离的物体,可观测的宇宙的直径估计约为280亿秒差距(930亿光年)。星系大约有1250亿个,而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题,你就不难了解到,在我们已经观测到的宇宙中拥在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中,真如沧海一粟,渺小得微不足道。

这是可观测到的宇宙

室女座超星系团只存在于其中微小的一点上,就像一个大瓶子中的一个小蚂蚁。室女座超星系团是啥玩意,请看下文——

【拉尼亚凯亚巨超星系团】

拉尼亚凯亚巨超星系团(Laniakea Supercluster)或者本超星系团(Local Supercluster)是2014年9月重新定义超星系团的新方法,按照新的定义,室女座超星系团只是拉尼亚凯亚的一部分而已。拉尼亚凯亚巨超星系团是宇宙中最大的结构之一,并且其边缘难以判断,包含约10万个星系,范围达到约1.59亿秒差距(5.2亿光年)。质量相当于太阳的10^17倍,或者是银河系的10万倍,我们的银河系就位于这张宇宙之网的一条“流苏”上。拉尼亚凯亚超星系团几乎与巨大的时钟座超星系团相同。拉尼亚凯亚超星系团包含以下三个部分,而这三个部分先前被认为是各自分离的超星系团:

1)室女座超星系团,银河系所在的超星系团

2)长蛇-半人马座超星系团,包含了拉尼亚凯亚超星系团的重力中心,巨引源(也称“大引力源”);

3)孔雀-印地安超星系团。

【室女座超星系团】

室女座超星系团(The Virgo supercluster)是一个包括地球属于的银河系所属之本星系群在内的一群星系组成的超星系团。其形状类似平底锅里的薄饼,覆盖一块直径约为2亿光年的区域。包含约100个星系群与星系团,室女座星系团约位于其中心位置。估计本超星系团的总质量大约为10^15太阳质量(2×10^46千克)。由于所观测到星体的总亮度没有预期的那么明亮, 所以推测本超星系团质量的很大一部分来自于暗物质。本星系群位于室女座星系团的边缘并且仍在继续向远离室女座星系团的方向移动。

【本星系团】

本星系群(Local Group of Galaxies),是包括银河系在内的一群星系,位于室女座星系团的边缘,包含大约50个星系,是一个典型的疏散星系团,没有明显的向中心聚集的趋势。本星系群中的全部星系覆盖一块直径大约1000万光年的区域

银河系和仙女星系是本星系群成员星系中最大的两个,它们大体上位于本星系群的中心。除银河系和仙女星系外,绝大部分成员星系是矮星系。本星系群质量约 6.5×10^11 太阳质量,其中的绝大部分集中在银河系和仙女星系。

终于能看到熟悉的面孔——银河系

【银河系】

银河系(Milky Way Galaxy),是太阳系所在的棒旋星系,包括1000~4000亿颗恒星和大量的星团、星云以及各种类型的星际气体和星际尘埃,从地球看银河系呈环绕天空的银白色的环带。总质量约为太阳的2100亿倍,隶属于本星系群,最近的河外星系是距离银河系254万光年的仙女星系。银河系呈扁球体,具有巨大的盘面结构,由明亮密集的核心、两条主要的旋臂和两条未形成的旋臂组成,旋臂相距4500光年。

来一张更艺术的图片,在夜晚能见的所有星星,也只不过是图中黄色圆圈中的一部分而已

太阳位于银河一个支臂猎户臂上,至银河中心的距离大约是2.6万光年,距离银河系边缘最近处约2.4万光年(1亿年太阳神2号飞行时间)。知道1亿年前地球上有什么吗?一亿年前属于地质年代上的白垩纪(侏罗纪结束),大陆与海洋分开,地球变得温暖、干旱。陆地上的裸子植物和蕨类植物仍占统治地位,松柏、苏铁、银杏、真蕨及有节类组成主要植物群。爬行类从极盛走向衰落,恐龙仍然统治着陆地,翼龙在天空中滑翔,巨大的海生爬行动物统治着浅海。最早的蛇类、蛾、和蜜蜂以及许多新的小型哺乳动物也出现了。

再放大,终于看到我们的太阳系和她的邻居们,最近的比邻星看到了吗

【太阳系】

再放大就是我们熟悉的太阳系,这是地球位于太阳系中的位置

有没有看到距离我们最近的恒星——比邻星,人类最快飞行器——太阳神2号飞行需要的时间超过1.8万年

再来一张艺术化的太阳系结构图,地球的左邻右舍

我们美丽的地球,只有这张照片是真实的,太阳系及以外的图片都是科学家或艺术家创作,因为到现在为止还没有地球人类飞行器飞到太阳系外给太阳系拍个全家福,就像你不能在房间内给你的房子拍个照一个道理。

终于明白了我们的美丽星球在宇宙中的位置,是否感到了我们的渺小?以下面的一段话做结尾共勉之。

【宇宙视角下的黯淡蓝点】

这是一张著名的照片。

1990年,旅行者1号探测器即将飞出太阳系的时候,在距离地球60亿公里的地方,美国国家航空航天局命令它回头再看一眼,拍摄了60张照片,其中一张上正好包括了地球——图中那个亮点。1996年,天体物理学家、著名科学作家卡尔·萨根就此说过一段非常著名的话:

在这个小点上,每个你爱的人、每个你认识的人、每个你曾经听过的人,以及每个曾经存在的人,都在那里过完一生。这里集合了一切的欢喜与苦难,数千个自信的宗教、意识形态以及经济学说,每个猎人和搜寻者、每个英雄和懦夫、每个文明的创造者与毁灭者、每个国王与农夫、每对相恋中的年轻爱侣、每个充满希望的孩子、每对父母、发明家和探险家,每个教授道德的老师、每个贪污政客、每个超级巨星、每个至高无上的领袖、每个人类历史上的圣人与罪人,都住在这里 —— 一粒悬浮在阳光下的微尘。

想想从那些将领和帝王们挥洒出的血河,他们的光荣与胜利只为了让他们成为了这一点上一小部分的短暂主宰。想想栖身在这点上一个角落的人正受着万般苦楚,而在几乎不能区分的同一点上的另外一个角落里亦同时栖身了另一批人。他们有多常发生误解?他们有多渴望杀了对方?他们的敌意有多强烈?

我们的装模作样,我们的自以为是,我们的错觉以为自己在宇宙里的位置有多优越,都被这暗淡的光点所挑战。我们的星球只是在这被漆黑包裹的宇宙里一粒孤单的微粒而已。我们是如此的不起眼——在这浩瀚之中,我们不会从任何地方得到提示去拯救我们自身。

从宇宙的视角来看,个人的烦恼、苦闷,得失、成败,是如此微不足道,我们更应该学会谦卑和释怀。当你抬头仰望星空时,请想想世界并非因你而存在。(最后一段是我加的^_^) ​

责任编辑: 鲁达

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