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银河系绕本超星系一周,到底要多久?

说出来你可能不信,就在我敲下这行字的时候,我们正以每秒约 600公里 的速度在宇宙中狂奔,这个数字是什么概念呢?高铁的300公里时速在它面前,慢得像蜗牛爬。

但更有意思的问题是——我们到底要去哪儿?答案藏在一个更大的结构里:拉尼亚凯亚超星系团(Laniakea Supercluster),也就是天文学家口中的“本超星系团”,银河系绕着它转一圈,究竟需要多少时间?我翻了不少资料,发现这个问题比想象中复杂得多,也迷人得多。

先搞清楚我们住在哪个“宇宙社区”

要理解银河系的绕转,得先画一张“宇宙地址”的地图,我们的地址大概长这样:

层级 名称 规模(光年)
行星系统 太阳系 约0.001
星系 银河系 约10万
星系群 本星系群 约1000万
超星系团 拉尼亚凯亚 约5.2亿

拉尼亚凯亚这个名字来自夏威夷语,意思是“无尽的天堂”,2014年,布伦特·塔利(Brent Tully)领导的团队首次绘制出了它的结构,它包含了大约 10万个星系,质量大约是太阳的 10¹⁷倍——这数字大到我已经不会念了。

我们银河系就住在这个巨大结构的边缘地带,像个住在郊区的人,每天绕着城市中心转圈,却从没真正到过市中心。

(图:拉尼亚凯亚超星系团结构示意图,用线条勾勒出星系流动的“引力盆地”,银河系所在位置被标注在边缘区域)

绕一圈到底要多久?

先别急着要一个精确数字,因为银河系绕本超星系中心的运动,压根不是像地球绕太阳那样规规矩矩的椭圆轨道,它更像是一条被巨大引力河流裹挟着漂流的船。

目前比较公认的估算来自夏威夷大学和巴黎天体物理研究所的研究,天文学家通过测量宇宙微波背景辐射,确定了本超星系团中心附近存在一个巨大的引力源——巨引源(Great Attractor),银河系相对于巨引源的运动速度约为每秒 600公里

那绕一圈需要走多远呢?以银河系到拉尼亚凯亚中心的距离大约 2亿光年 算,粗略假设一个圆形轨道,周长就是:

2 × π × 2亿光年 ≈ 6亿光年

这一步其实非常粗略,因为银河系的轨道根本没那么圆,但用来做数量级估算还行,接下来就是简单的除法:路程除以速度。

6亿光年的距离,以每秒600公里的速度跑完,需要的时间大约是 6300亿年,没错,6300亿年,宇宙目前的年龄才138亿年,也就是说,银河系从诞生到现在,连“一圈”的 2% 都没走完。

不过我得坦白,这个数字在不同文献里差异很大,有些研究给出的周期在 1000亿到2000亿年 之间,主要原因是拉尼亚凯亚的边界本身就比较模糊,而且银河系并不是在做闭合轨道运动——它在被暗物质流裹挟的同时,整个超星系团本身也在膨胀,绕一圈”这个概念,放在宇宙尺度上,本身就有点勉强。

(图:银河系绕本超星系中心运动的简化示意图,标注出巨引源位置、银河系轨道方向和速度矢量)

为什么这事儿值得关心?

说实话,6300亿年这个数字大到我完全无法感知,但让我真正着迷的,是它背后的那个事实:我们以为的静止,其实是高速运动

你坐在椅子上读这篇文章的时候:

  • 地球带着你绕太阳转,速度约每秒30公里
  • 太阳带着你绕银河系中心转,速度约每秒220公里
  • 银河系带着你向巨引源方向狂奔,速度约每秒600公里

三层叠加下来,每一秒我们都在宇宙中移动近千公里,可我们完全感觉不到,这种“无知觉的高速运动”总让我想起费曼说过的那句话——“我们生活在一个令人惊奇的世界里,物理定律既简单又深奥,而我们大多数时候根本没注意到。”(大意是这样,原话我记不太清了,但意思很对。)

那些不确定的部分

写到这儿,我觉得有必要说清楚:上面那个6300亿年的数字,千万别当成教科书上的定论,真实情况比这复杂太多了。

拉尼亚凯亚超星系团本身不是一个“刚体”,它不像一个旋转的盘子,它更像一团流动的云,不同区域运动速度完全不同,银河系所在的外围区域速度慢一些,靠近巨引源的区域则快得多,暗能量的存在让整个结构在不断被拉伸,这就像你在跑步机上跑步,跑道本身也在往后移动,再有就是银河系和仙女座星系正在相互靠近,大约40亿年后会相撞,这也会改变绕转的轨迹。

2014年塔利团队的原始论文《The Laniakea supercluster of galaxies》(发表在Nature上)至今仍是对这个结构最权威的描述,但即便是这篇里程碑式的论文,也没有给出一圈具体是多少年,因为在他们看来,问“银河系绕拉尼亚凯亚一圈要多久”,大概就像问“一片树叶绕漩涡中心转一圈要多久”一样——涡流本身在变,树叶在漂,路径也从来不闭合。

换个角度想

也许更准确的问法不是“要多久”,而是“我们正以多快的速度流向何方”。

巨引源在拉尼亚凯亚的中心,像一个看不见的巨大漏斗,把周围的星系都往它那边拽,但诡异的是,因为宇宙膨胀,我们可能永远也到不了那里——我们在朝着它跑,它却以更快的速度“远离”我们,这种“注定的错过”有种说不清的浪漫感。

银河系从诞生到现在,走过了大约138亿年的路程,在绕着本超星系中心的漫长旅途中,连个零头都算不上,而我们这些生活在银河系旋臂上一个不起眼角落里的碳基生物,居然能算出这件事,还能画出示意图来——这本身就已经够不可思议的了。

想到这儿,我看了看窗外,太阳照常升起,世界安安静静,完全不像是一个每秒狂奔近千公里的地方。

银河系绕本超星系一周,到底要多久?

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