银河系郊区的那盏灯,是我的家
昨天晚上我在阳台上晾衣服,抬头一看,满天星星,突然就想起小时候在乡下姥姥家,夏天的晚上躺在竹床上数星星,姥姥指着天上一道白蒙蒙的光带说,那是天河,后来上了学才知道,那条“天河”就是银河,而我们脚下这个蓝色的小球,正漂在银河的一条旋臂上,那一刻的感觉很奇妙——原来我的家在银河系太阳系,这个听起来像科幻片台词的说法,其实是个再朴素不过的天文事实。
但这九个字太宏大了,宏大到你念出来的时候,脑子里可能只剩下一张教科书里的太阳系示意图,所以我想换个方式,用费曼老爷子教的办法,把这件事拆开了揉碎了,用最笨的办法讲清楚,费曼说过,如果你不能简单地解释一件事,说明你还没真正理解它,那好,我们今天就试试,从你家窗台开始,一路走到银河系的边界。
先认识一下你住的那颗球
这听起来像废话,但很多人真的没有认真想过地球是个什么东西,它是一颗直径大概12700多公里的石球,表面裹着一层薄薄的大气和更薄的水膜,以每秒30公里的速度绕着太阳跑,你现在坐着看这篇文章的时候,你正在以这个速度在宇宙中飞奔——而你完全感觉不到,因为惯性这玩意儿实在太温柔了。
地球在太阳系里不算大,我们来看一张表,你就明白你家房子的地基在太阳系里属于什么档次:
| 行星 | 直径(公里) | 和地球比大小 | 有没有固态表面 |
| 水星 | 4879 | 38倍 | 有 |
| 金星 | 12104 | 95倍 | 有 |
| 地球 | 12742 | 1倍 | 有 |
| 火星 | 6779 | 53倍 | 有 |
| 木星 | 139820 | 11倍 | 没有 |
| 土星 | 116460 | 1倍 | 没有 |
你看,地球在太阳系里就是个中等偏小的家伙,但就是这颗不算大的石头球,在太阳系里干了件不得了的事——它在距离太阳大约1.5亿公里的位置上,刚好卡在了一个叫“宜居带”的区域,什么叫宜居带?说人话就是:水能以液态形式稳定存在的轨道范围,离太阳再近一点,水蒸发跑光;再远一点,水冻成冰疙瘩,地球刚好在这个甜点位置上,不冷不热,于是生命这出大戏才有了舞台。
这就是你家的第一层地址:太阳系宜居带内的第三颗行星。
太阳系到底有多大?用散步来算算
天文数字一上来就是几亿几万亿,正常人脑子根本处理不了,费曼学习法里有一个绝招,就是把抽象数字转化成你能感知的尺度,我们来做个思想实验:把太阳缩小成一个篮球,放在你家小区门口。
按这个比例,地球是什么?是一粒小米,大概两毫米直径的那种,放在篮球旁边25米远的地方,水星就更小了,一颗芝麻,离篮球9米多,金星是一粒稍微小点的小米,离篮球18米,火星是一粒更小的芝麻,在篮球38米开外,这几颗就是固态行星,都挤在篮球周围不到半个足球场的范围里。
然后你继续往外走,走到篮球大约130米远的地方,你会看到木星——一颗玻璃弹珠大小的球,再走120米,土星,也是一颗弹珠,继续走,走到离篮球快一公里远的地方,天王星和海王星,两颗花生米一样的星球在黑暗里慢慢转。
一公里,你从小区门口走到一公里外的便利店买瓶水,就差不多走完了太阳系的主要疆域,但注意,这还只是八大行星的范围。太阳系的真正边界在奥尔特云,那是太阳引力能拽住的最远地带,按刚才的比例,奥尔特云的内边缘在篮球外300公里的地方,对,你没看错,300公里,你从北京开车到石家庄,大概就是这个距离,而太阳系就藏在这么一大片虚无里,安静地飘着。
顺便说一句,距离太阳最近的另一颗恒星叫比邻星,离我们4.2光年,按刚才的比例,比邻星是另一个篮球,放在地球这个篮球8000多公里之外——差不多是北京到巴黎的直线距离,所以说宇宙空旷,是真空旷,空旷到让人心里发慌。
太阳本身是个什么东西
很多人把太阳想象成一个巨大的火球,在宇宙里熊熊燃烧,其实这个比喻不太对,太阳不是烧出来的,是核聚变出来的,它肚子里每秒钟有6亿吨氢在极高的温度和压力下撞到一起,聚变成氦,同时释放出巨大的能量,这个能量大到什么程度?太阳一秒钟释放的能量,够全人类按照目前的消耗水平用上几十万年。
这些能量从太阳核心往外跑,要经历极其曲折的旅程,光子在太阳内部不断被吸收、重新发射、弹来弹去,平均要花上几万年甚至十几万年才能从核心挤到表面,然后从表面出发,8分多钟就能抵达地球,晒到你脸上,你晒太阳的时候可以琢磨一下:那束让你眯起眼睛的光,在太阳肚子里已经折腾了十几万年,就为了花8分钟跑来亲你一下。
太阳占太阳系总质量的99.86%,翻译一下,太阳系里所有行星、卫星、小行星、彗星加起来,只占剩下那0.14%,木星自己就占了这0.14%里的一大半,地球?大概只是太阳质量的三百万分之一,你在宇宙中的家,物质层面来说,几乎就是“太阳的边角料”,但这颗边角料上长出了整个生物圈,这件事本身就挺酷的。
该说说银河系了
太阳系不在银河系中心,也不在边缘,而是蹲在一条叫猎户臂的旋臂内侧,猎户臂是银河系好几条旋臂里比较不起眼的一条,夹在更大的英仙臂和人马臂之间,这个位置有个好处:密度适中,银河系中心那边恒星扎堆,辐射强得离谱,动不动还有超新星爆炸,生命几乎不可能安稳进化,而猎户臂属于“郊区”,安静、平稳、邻居少,太阳带着一大家子行星在这里安安稳稳转了四十多亿年。
银河系本身是个棒旋星系,中间鼓着一个核球,几根旋臂甩出去,直径大约10万到18万光年,天文学家到现在也没完全搞清楚银河系到底多大,因为你在屋子里面量屋子,总有些死角看不到,但大致可以这么说:银河系里大概有1000亿到4000亿颗恒星,太阳只是其中最普通的一颗中等质量的黄矮星。
光是在银河系里,类地行星的数量就可能以百亿计,读到这儿你可能会想,宇宙里肯定有别的生命吧?这个问题科学界至今没有答案。《自然》杂志2013年有一篇被广泛引用的研究,利用开普勒望远镜的数据估算,仅银河系内就可能有上百亿颗位于宜居带内的地球大小的行星,可费米悖论又在那儿摆着——如果外星文明那么多,它们在哪儿?没人知道,这个悬而未决的问题,恰恰是天文最有魅力的地方。
你的完整宇宙地址
把前面的信息拼起来,你在地球上的快递地址可能是一串省市街道门牌号,但在宇宙尺度上,你的完整地址大概是这样的:
- 室女座超星系团 → 本星系群 → 银河系 → 猎户臂 → 太阳系 → 地球
或者更简洁点:银河系猎户臂内侧,距离银心约2.6万光年处,太阳系第三行星,念出来像一个科幻故事的封面,可这就是此时此刻你所在的位置,你的曾曾曾祖父母在这里,你的后代也会在这里,所有你爱过的人、吃过的饭、晒过的太阳、吹过的风,都发生在这个地址上。
我有时候觉得,人一旦搞清楚了自己的宇宙地址,很多事儿就没那么纠结了,不是说会变得无所谓,而是你会突然意识到,在这么一个恰到好处的位置上,在一颗刚好有液态水的星球上,以不可思议的低概率进化出了意识,能抬头看星星并且问出“我从哪里来”这种问题——这本身就够奢侈了。
银河系里有多少恒星?一两千亿颗,有多少行星?只多不少,可目前已知的,只有地球上有人在阳台上一边晾衣服一边琢磨银河系有多大,你是宇宙用了130多亿年酝酿出来的一个瞬间,而这个瞬间恰好有能力理解自己的来处,这个念头让我站在阳台上的时候,觉得洗衣液的味道和银河的光,好像也没那么不搭。
