这个数字有点大—太阳系绕银河系转了多少圈?
前两天晚上带孩子看星星,他突然问我:"爸爸,地球带着我们转,那太阳也在转吗?"我愣了一下,说是啊,太阳带着整个太阳系在银河系里狂奔呢,他又追问转一圈要多久,转了多少圈,我张了张嘴,发现自己答不上来——不是完全不知道,而是那个数字太模糊了,我得好好算一算。
这个问题其实挺迷人的,你想想,我们坐在一颗行星上,这颗行星绕着一颗恒星转,而这颗恒星又带着我们绕着一个巨大的星系中心转,我们这辈子连太阳绕银河系一圈的一瞬间都算不上,却能靠脑子把整个过程想清楚,科学真是件奇妙的事。
先搞清楚一圈要多久
天文学家管太阳绕银河系中心转一圈的时间叫银河年,也叫宇宙年,听着挺玄乎,其实就是个时间单位,跟地球年一个道理,只不过这个"年"长得离谱。
算这个时间其实思路很朴素,跟算地球绕太阳一圈需要多长时间差不多:知道轨道周长,知道速度,一除就出来了,只不过银河系里的数据都大得吓人。
太阳系现在的位置,大概在距离银河系中心6万到2.7万光年的地方,我说的"大概"不是敷衍你,是因为这玩意儿真的没法拿尺子量,天文学家靠的是观测恒星运动、射电波段测量、视差法这些东西反复校正出来的,不同研究给出的数值略有出入,但基本就在这个范围晃悠。
假定轨道近似圆形——虽然实际上太阳的轨道有轻微椭圆,并且在银河系旋臂之间进进出出,但咱们先抓主要的——那太阳绕一圈走过的路程就是:
轨道周长 = 2 × π × 半径 ≈ 2 × 3.14 × 2.65万光年 ≈ 16.6万光年
这个数字什么概念?光每秒跑30万公里,跑一年才能跑出去的距离叫一光年,而太阳要跑16.6万个这样的距离才能绕完一圈,我的大脑已经在抗拒处理这个数字了。
再看速度,太阳系相对于银河系中心的运动速度,目前公认的数据大约是每秒220到240公里,取个中间值,按每秒230公里来算,这个速度听着快得离谱——一秒就能从北京跑到唐山——但在银河系的尺度上,也不过是悠哉游哉地飘着。
把光年换算成公里:1光年约等于9.46万亿公里,轨道周长16.6万光年,换算过来大约是57×10¹⁸公里——也就是157后面跟16个零,再除以每秒230公里的速度,得到绕一圈需要的秒数,然后换算成年。
算出来的结果是:大约2.2亿到2.3亿个地球年。
是的,太阳带着我们全家老小在银河系里兜一圈,需要两亿多年,恐龙灭绝是六千多万年前的事,那会儿太阳才走了四分之一圈不到。
关键问题:走了多少圈了?
这个问题的答案取决于两个数:太阳系的年龄,和一圈需要的时间,太阳系年龄好办,行星科学家根据陨石中放射性同位素的测年数据,把太阳系的年龄定在约45.68亿年,这个数据来自对碳质球粒陨石中钙铝包裹体的铀-铅测年,在学界被广泛认可。

那就简单了:
圈数 = 太阳系年龄 ÷ 每圈所需时间 ≈ 45.68亿年 ÷ 2.25亿年/圈
| 太阳系年龄 | 约45.68亿年 |
| 一圈所需时间(银河年) | 约2.2至2.3亿年 |
| 绕行圈数(估算) | 大约20圈 |
| 轨道半径 | 约2.65万光年 |
| 运动速度 | 约220-240公里/秒 |
算出来大概是20圈左右,如果按2.2亿年一圈算是20.7圈,按2.3亿年一圈算是19.9圈,所以四舍五入,太阳系自打诞生以来,差不多刚好绕着银河系中心转了20圈。
看到这个数字的时候我有点恍惚,太阳系活了快46亿年,这么漫长的岁月里,它在银河系里不过转了二十来圈,我们人类有文字记载的历史才几千年,放在这一圈里连个像素点都算不上。
这20圈里都发生了什么
把太阳系的历程按圈来划分,会得到一个很有意思的视角。
第1圈到第3圈:太阳刚从分子云的坍缩中诞生,周围的气体和尘埃还没完全清干净,行星正在疯狂碰撞中长大,地球在那会儿还是个熔岩球,时不时被小行星砸得面目全非。
第4圈到第8圈:地球冷却下来,海洋出现了,我们目前找到的最古老的岩石,年龄大约40亿年,对应的大概是第4圈前后,生命在地球上萌芽——至于怎么从无机物变成能自我复制的有机物,这个环节还缺着关键拼图,但化石证据表明,至少在第6到第7圈的时候,单细胞生物已经在地球上活蹦乱跳了。

第12圈到第15圈:大氧化事件发生了,蓝藻的光合作用把地球大气里的氧气含量拉了上去,这件事在当时对很多厌氧生物来说是一场灾难,但对后来能呼吸氧气的生物来说,是铺好了路。
第16圈到第18圈:多细胞生物登场,寒武纪生命大爆发就发生在这段时间,三叶虫、奇虾、各种奇形怪状的生物在海洋里横行霸道,植物登陆,昆虫起飞,爬行动物称霸。
第19圈:恐龙登场,统治地球一亿多年,然后在这一圈的后半段被一颗小行星终结了统治,哺乳动物趁机崛起。
第20圈,也就是目前这一圈:我们来了,智人走出非洲不过十几万年,农业革命一万多年,工业革命两百多年,在这一圈的末尾,某个灵长类物种开始抬头看星星,并且问出了"我们到底转了多少圈"这种问题。
还有个细节得说一下
我刚才用的"圈"这个说法其实不太严谨,太阳的银河轨道不是在一个固定平面上稳稳当当地画圈,银河系的质量分布并不均匀——有旋臂、有核球、有暗物质晕——太阳在绕行过程中会受到这些结构引力的扰动,轨道会发生轻微摆动,它会在银道面上下振荡,周期大约六七千万年,像一个飘在水面上的软木塞随着波浪起伏。
所以太阳的真实轨迹更像一个波浪形的螺旋,而不是学校课本里那个干干净净的圆,有些研究甚至认为,太阳穿越银道面的周期跟地球上几次生物大灭绝的时间有统计上的关联——这个假说还有争议,但确实是个有趣的方向。
,不同文献里银河年的数值会有出入,有些给出2.25亿年,有些给出2.3亿年,还有些早期研究给过2.5亿年,这个差异来自对太阳轨道半径和运动速度的测量精度不同,再加上银河系本身是个动态系统,太阳的轨道参数在几十亿年里也会缓慢变化,所以我说"大约20圈",这个"大约"是实在的,不是敷衍。
写到这里我看了看窗外,天已经黑了,太阳系带着我们,正在以每秒两百多公里的速度飞驰在银河系的某条旋臂内侧,而我们安安静静地坐在沙发上,连一丝颠簸都感觉不到,想想也真是神奇——我们身体里的每一个原子,都在参与这场横跨数万光年的漫长旅程,而我们能做的,不过是偶尔抬头看看夜空,然后低下头来,把这些问题写进一篇文章里。