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宇宙到底有多大,地球在其中又扮演着怎样的角色?

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发表于 2021-1-21 11:48:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
老实说,宇宙之大是我们无法想象的。



宇宙到底有多大?这个问题直到现在依然是天文学家们无法解开的一道谜题。早期,人们一直在探寻地球和月球的距离,太阳和其他星体的距离。随着时间的推移,专家们发现宇宙总是比想象得更为广大无垠。古时候的人们认为那些星星是被固定在天穹上的,并非那么遥不可及,但是如今我们才知道宇宙之大是无边无垠的,至少现在是找不到边界的。

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公元前3世纪,萨摩斯岛的希腊天文学家阿里斯塔克斯(Aristarchus)试图通过测量上弦月时刻的日月角度来确定地月距离和地日距离之间的联系。基于当时不够精确的数据,他估算到地球和太阳的距离大概是地月距离的20倍。尽管现在我们知道实际上应该是约400倍,但是Aristarchus的估算结果仍然具有革命性,因为它证明了太阳比人们之前认为的要大得多和遥远得多。



几十年后,另一位希腊的天文学家喜帕恰斯 (Hipparque)以小于10%的误差估算出了地月距离,实现了一项惊人的科学壮举。他通过计算月球在月食期间穿过地球阴影的时间,并利用巧妙独创的算法,才得到了这个结果。在科学的领域单打独斗是很难的,他借鉴了前辈埃拉托斯特尼 (Eratosthenes)的研究成果——准确估算到地球直径为12000km。



希腊天文学家克劳狄乌斯·托勒密 (Ptolemy)在公元前140年发明了第一种真正可靠的方法来计算天体距离。通过一个简单的几何程序,Ptolemy演示了如何利用“视差”来计算地球与其他天体之间的距离。

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(图解:天文学家使用视差的原理测量天体距离地球的距离。 图源:维基百科)



但是时代所限,更加精确的视差测量一直等到2000年后,当天文测量工具都有了长足发展和改良以后才实现。1672年,意大利裔法籍天文学家让-多米尼克,卡西尼伯爵(Jean-Dominique Cassini)和法国天文学家让·里奇(Jean Richer)用精良的仪器第一次准确测量到了地球和太阳的平均距离(亦称“天文单位”)。这次的成功也基于他们在巴黎和法属圭亚那对火星的同步观测。



德国天文学家弗里德里希·贝塞尔(Friedrich Bessel)很荣幸地成为第一个测量到地球距太阳以外恒星距离的人。1838年,他测量到距天鹅座61号恒星 (又称贝塞尔星)的距离大约为11光年左右。



如今,天文学家有几种测量距离的方法。对于银河系中的天体,使用的大多数方法都派生自视差方法。而对于银河系以外的天体,天文学家则使用造父变星(以“ 造父一”命名)来测量,造父变星是一种亮度会以某种规律明暗变化的恒星。

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(图解:船尾座RS与地球的距离大约是6,000光年。它是银河系中已知最亮的造父变星之一,在这类变星中拥有长达41.5天的变光周期。 图源:维基百科)



测量星系距离的另一种方法是利用1a型超新星,这种恒星在爆炸时总是释放出恒量的能量,可以将它们视为“标准炸弹”:拥有已知强度和亮度的爆炸。通过测量视星等(从地球上观察星体亮度的度量)可以衡量它们到地球的距离。



凭借这些天文测量方法,我们现在知道宇宙的规模庞大到难以置信。例如,来自最遥远星系的光需要100多亿年才能到达地球。不过,这个已经超过了我们大脑所能掌控的距离范畴,我们可以尝试想象更小的天体系统,比如我们的太阳系。



太阳系由太阳,围绕太阳旋转的行星以及数百万个较小的天体组成。奥尔特云(Oort Cloud)是环绕太阳并以之为中心的巨大彗星云,它标志着太阳系的外边界,直径约为1.6光年。试想它有多大,1光年几乎等于1万亿公里。

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(图解:奥尔特云和太阳系各大行星及最接近的两颗恒星的相对距离示意图 图源:维基百科)



如果我们把冥王星(太阳系中最小、距离最远的行星)比作直径1毫米的大头针,那么太阳就有2个直径30厘米的沙滩球那么大,距离大头针2.6公里,就好比假设太阳在温哥华,我们得一直走到纽芬兰的圣约翰(约7000多公里),才能到达奥尔特云的外缘。



太阳系位于银河系旋涡星系中。据估计,银河系大约有2000亿颗恒星呈圆盘状聚集在一起,直径为100,000光年。在这样庞大的规模下,太阳系倒是显得微不足道了。如果把我们直径1.6光年的太阳系比作直径1毫米的大头针,那么银河系就相当于一个冰球场(长约60米,宽约30米)的大小。



银河系与超过35个其他星系聚集在一起,形成了“本星系群”。仙女座星系,是其中体积最大的成员,我们可以在没有光污染的无月夜空用肉眼观测到。本群中的的其他星系,例如大麦哲伦星系和小麦哲伦星系,通常都比银河系小。



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(图解:仙女座星系,是距银河系最近的大星系。中心十分明亮,周围环绕着散落的明亮点和紫色的环,在漆黑的星空中呈大型同心圆盘状。 图源:astro-canada)



本星系群如果铺展开来,直径约有一千万光年,中心位于银河系和仙女座星系之间。若我们再次把太阳系想象为大头针,银河系是冰球场,那么整个本星系群的直径约为6.25公里。



再往大了说,本星系群是超星系团的一部分,超星系团由数十个像本星系群这样的小星群(星团)组成。整个超星系团以室女座为中心,距离银河系5000万光年。室女座星团的中心有一个室女A星系(也称为M87),它吸引并吸收附近的星系。

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(图解:室女A星系,中心有明亮的黄色光电,周围有几个明亮的白点,有的被环包围。 图源:NASA/Hubble Space Telescope)



这些超星系团似乎呈长丝状聚集起来,绵延数亿光年。它们被少有星系的大面积真空隔开,这些几乎真空的地带面积非常巨大——近乎1亿光年。宇宙放肆地延伸着,直至130多亿光年。超过这个距离,我们面临的,不是宇宙的尽头,是现代技术所不能达到的未知。



FY:赵婉玥

作者:astro-canada

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发表于 2021-1-21 11:48:56 | 显示全部楼层
你们在担心宇宙 而我担心明天的饭钱
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发表于 2021-1-21 11:49:03 | 显示全部楼层
地球就是一颗尘埃
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发表于 2021-1-21 11:49:15 | 显示全部楼层
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发表于 2021-1-21 11:50:03 | 显示全部楼层
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