太阳系正悄悄往银河系中心跑?其实是一场没有终点的盘旋
前几天晚上带孩子在小区散步,抬头看见几颗特别亮的星星,他问我:“爸爸,我们是不是在动?”我说是的,地球在自转,也在绕着太阳公转,他又追问:“那太阳呢?太阳在跑吗?”
这个问题问得真好,太阳确实在“跑”,而且带着我们全家——不对,是带着整个太阳系——正朝着银河系中心的方向运转,但这件事的真相,和大多数人想象的完全不一样,我们并不是一头扎向银心,而是在绕着它做一场漫长的盘旋。
首先弄明白:太阳系在银河系里的“住址”
银河系长得像个扁平的盘子,中间鼓起来一块,四周是旋臂,太阳系目前的位置,在一条叫猎户臂的次级旋臂内侧,距离银河系中心大约6万光年,这个数字本身就挺震撼——光都要跑2.6万年,我们普通人就别指望“开到市中心”了。
银河系中心有个质量巨大的黑洞,叫做人马座A*,质量大约是太阳的400万倍,整个银河系的物质,包括几千亿颗恒星,都在绕着这个中心旋转,太阳也不例外。
| 项目 | 数据 |
| 太阳距银心距离 | 约2.6万光年 |
| 太阳公转速度 | 约220公里/秒 |
| 绕银心一圈时间 | 约2.25亿年(一个银河年) |
| 太阳系年龄 | 约46亿年 |
| 已绕银心圈数 | 约20圈 |
也就是说,自从太阳系诞生以来,我们已经绕着银河系中心转了大概20圈,上一次太阳系处于现在这个位置的时候,地球上还是恐龙在称霸。
“向银河系中间运转”到底是什么意思?
这里要澄清一个特别容易搞混的概念,有人听到“太阳系向银河系中间运转”,会以为太阳正在被银心的引力拽过去,就像拔掉塞子的浴缸里的水一样,螺旋着掉进中心,这个理解是错的。
用费曼式的类比来说:
想象你手里抓着一根绳子,绳子另一头系着一个球,你在原地转圈,把球甩起来,球做的是圆周运动,它有没有“向你的手心运转”?从某个角度看,球始终被绳子拉住往中心拽,但它并不会真的撞上你的手,因为它的切向速度刚好让它保持在轨道上。
太阳绕银心的运动,本质上就是这个道理,银心的引力提供了向心力,太阳本身的公转速度让它维持在一个相对稳定的轨道上,所谓“向银河系中间运转”,更准确的说法应该是:太阳在围绕银河系中心做轨道运动,它不是径直飞向银心,而是在绕圈。
那轨道是完美的圆吗?
也不是,太阳的实际运动轨迹要复杂得多。
- 太阳在银道面上下做波浪状的振动,大约每6000多万年穿越一次银道面。
- 轨道的偏心率虽然不大,但也不是正圆,近似椭圆形。
- 太阳相对邻近恒星还有本动速度,大约20公里/秒,朝着织女星附近的方向。
所以整体来看,太阳的运动是一个绕着银心的大螺旋,同时还带着上下起伏和一个微小的本地漂移,把这些全部叠加起来,才是太阳在银河系里真实的“运转路线”。
我们是怎么知道太阳在动的?
这个问题其实挺考验想象力的,你站在地球上,周围的一切看起来都像是静止的——除了日月星辰的东升西落,怎么发现整个太阳系在宇宙尺度上的运动?
最早给出有力证据的,是威廉·赫歇尔在18世纪末对恒星自行运动的分析,他发现不同方向的恒星似乎有系统地散开或汇聚的趋势,由此推断太阳也在空间中运动。
进入20世纪后,哈洛·沙普利通过观测球状星团的分布,发现它们集中在人马座方向,从而推断出银河系中心的大致位置,再后来,射电天文学家利用氢的21厘米谱线绘制出了银河系的旋臂结构,太阳围绕银心运动的图景才逐渐清晰起来。
近年来,盖亚卫星(Gaia,欧洲空间局的天体测量任务)精确测定了超过10亿颗恒星的位置和运动,把太阳的轨道参数算得前所未有的精准,上面表格里那些数据,很大程度就来自盖亚的成果。
这种运转对我们有什么影响?
有人可能会担心:太阳带着地球在银河系里狂奔,会不会哪天撞上什么东西?
老实说,撞上的概率极低,太空真的太空了,离太阳最近的恒星比邻星,距离也有4.2光年,如果把太阳缩小成一个橙子,比邻星大概就是远在900公里之外的另一个橙子,银河系里的恒星虽然多,但彼此之间的距离远远大于它们自身的尺寸。
穿越银道面的时候倒是有一些值得注意的事,银道面上星际物质更密集,有些研究者推测,太阳系每穿越一次银道面,地球遭遇小行星撞击的概率可能会有微弱上升,但这个“微弱”是在地质时间尺度上说的,在你我这辈子的尺度上,几乎感觉不到任何区别。
更有趣的或许是时间尺度上的浪漫,一个银河年大约2.25亿年,太阳系形成至今才过去了20个银河年,恐龙灭绝发生在上一个银河年的后半段,人类出现的历史,连银河年的一眨眼都算不上。
写到这儿,我又想起儿子问的那句话:“爸爸,我们在动吗?”
是的,我们在动,地球正以每秒30公里的速度绕着太阳转,太阳正以每秒220公里的速度绕着银河系中心转,整个银河系还在以每秒大约600公里的速度朝着室女座星系团的方向运动,我们此刻坐在椅子上、躺在床上、站在阳台上——不管感觉有多静止,都在进行一场无比壮丽的宇宙航行。