宇宙已知和未知的一切
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第一章 很大,很老,很怪

天文的边界

无论哪位作家想要描述宇宙的大小,都会面临困境,因为其所涉及的数字非常极端,以至于有些人认为根本没有尝试的必要。但关于宇宙的书籍,有哪本会连试都不试一下的呢?

我们需要先了解空间物理所涉及的数字。在谈到“很多”的时候,我们会随意抛出“百万”“十亿”这样的词,但这些数字差别很大。举例来说,1百万秒相当于11天半,十亿秒相当于31年(如果你还感到好奇,那么1万亿(1)秒相当于32个千纪)。当我们竭力思考将要发生什么的时候,请记住这个比较。

我们还需要了解一个事实:地球到太阳的距离是1.5亿公里(9300万英里)。假设你决定乘坐世界上最快的载人飞机SR-71黑鸟式侦察机(Lockheed SR-71 Blackbird)从地球飞往太阳,它的速度可以达到约每秒1公里(0.6英里),以这个速度从伦敦到旧金山只需要2.5个小时。

现在想象一下,你在11岁生日那天乘坐SR-71黑鸟式侦察机向太阳出发。你匀速行驶,一秒也不减速,在抵达目的地的时候,你已经中学毕业了。而这仅仅是单程。

地球绕太阳转的速度是SR-71黑鸟式侦察机的30倍。所以,如果想要有直观的感受,你可以回忆一下昨天的此刻你在做什么。不管你在做什么,你当时的位置和现在的位置相差250万公里(160万英里)。你正在以比子弹快50倍的速度飞行,每秒钟的路程相当于攀登三次珠穆朗玛峰。但即便地球的速度如此惊人,环绕太阳一圈也要花整整一年时间。

太阳可不是简单的火球,它能容纳100万个地球,这就像是在孕妇用的健身球里装满米粒,每一粒米都代表一个地球。太阳的质量如此大,能够吸引一定距离内的行星,最远可以到45亿公里(28亿英里)外的海王星。SR-71黑鸟式侦察机走完这段距离需要142年。

继续往外,我们就到了太阳系最大、最边缘的结构:奥尔特云(Oort cloud)。这是一个环绕太阳的、由冰和岩石组成的泡泡,半径为15万亿公里(9.3万亿英里)。从地球到奥尔特云,一束光需要经历一年半时间,SR-71黑鸟式侦察机则需要耗费47.5万年——比人类存在的时间还久。

离我们第二近的恒星是南门二恒星系(Alpha Centauri)——一个由比邻星(Proxima Centauri)、半人马座α星A(Alpha Centauri A)和半人马座α星B(Alpha Centauri B)构成的三合星系统,它到地球的距离是奥尔特云到地球距离的两倍。从地球到南门二,光需要4年时间,SR-71黑鸟式侦察机则需要120万年。

再往外,我们就到了其他的“太阳系”,比如名字很好听的沃尔夫359(Wolf 359)和名字不那么好听的拉兰德21185(Lalande 21185)。从地球到这两颗恒星,光需要8年,SR-71黑鸟式侦察机则需要240万年。距离还可以继续增加。

恒星簇集成碟状云。在没有光污染的乡村,当我们仰望夜空的时候,可以看到碟状云的边缘,就像一条光带从地平线的一端延伸到另一端——仿佛是星尘做的飞机云。

希腊人相信,这条发光的带状物是从女神赫拉乳房中喷溅而出的乳汁(milk),用于哺乳被遗弃在凡间的婴儿赫拉克勒斯(2)。这也是“galaxy”(银河系)一词的来源,希腊语中的“galaxias”就是“牛奶”的意思。这个故事也催生了银河系的另一个名称:the Milky Way。

银河系的大小一直是科学史上最大的谜,但2019年3月,美国航空航天局(NASA)的哈勃空间望远镜和欧洲航天局(ESA)的盖亚卫星“合作”,通过测量光密度,谨慎地计算出银河系的质量是太阳系的1.5万亿倍,其中包含大约2000亿颗恒星。这个数字相当于一朵云中水滴的数量。这太酷了!从字面意义上讲,我们真的生活在星云之中。

从这朵“云”的一边到另一边距离是100千万亿公里(6亿2000万亿英里),光穿行其间需要10.6万年。我们的太阳系绕着银河系的中心在轨道上运行,大约1.12亿年后到达轨道的另一边。这个数字对我们而言毫无意义,人类的历史甚至都没有达到过。

离我们最近的星云是仙女座星系(Andromeda galaxy),距离23百万兆公里(14百万兆英里),我们无法客观地看待这个数字。最接近的做法可能是这样的:我们想一想自己的银河系(SR-71黑鸟式侦察机要走300万年),仙女座星系到我们的距离是银河系大小的23000倍,其中包含1万亿颗恒星。我们所知的宇宙中至少有1000亿个星系,以上只是其中两个。

如果你在夜空中举起一粒沙子,它覆盖的区域至少包含10000个星系,每个星系都有数十亿颗恒星。至于有多少颗行星,只有雷神索尔(3)才知道。宇宙之大,超越巨大,超越庞大,超越博大,超越广大,超越宏大,超越浩大。我们只能用一个词来形容:“天文”。