太阳系绕着银河系跑一圈,到底要多久?
不知道你有没有过这种时刻——晚上抬头看星星,忽然冒出一个念头:我们脚下这颗地球,正带着我们往哪儿飞?
答案是,它不只是在自转、不只是在绕太阳公转,整个太阳系还在绕着银河系的中心狂奔,而且速度说出来有点吓人——每秒大约 220 公里,你读完这句话的工夫,咱们已经在宇宙里飞出去上千公里了。
那问题就来了:以这个速度,太阳系绕银河系完整转一圈,得多长时间?
一个让人没法直观感受的数字
天文学家给这个“一圈”起了个名字,叫一个银河年,也叫宇宙年,测出来的数字大致是这样——
| 太阳系绕银河系公转速度 | 约 220 km/s |
| 太阳到银河系中心的距离 | 约 2.6 万光年 |
| 绕一圈的总路程 | 大约 16.3 万光年 |
| 一个银河年 | 约 2.2 亿 - 2.5 亿年 |
2 亿年是什么概念?这么说吧,恐龙灭绝是大约 6600 万年前的事,那才过去了不到三分之一个银河年,恐龙刚出现的时候,太阳系还在银河系另一头晃悠呢。
(配图:示意图——太阳系在银河系旋臂中的位置,标注“太阳系绕行轨道为大致圆形,周期约2.2亿年”)
费曼式拆解:怎么会算出来这么个数?
其实背后的道理并不复杂,用小学就学过的公式就能理解——周期等于周长除以速度,只不过这个“周长”大得离谱。
先估算周长,太阳离银心约 2.6 万光年,看作一个近似圆形轨道,周长就是 2πr,一乘,大概 16.3 万光年,1 光年是 9.46 万亿公里,16.3 万光年就是大约 154 亿亿公里,写出来是 1.54×10¹⁸ 公里,这种数字说实话人脑没法想象。
再用速度一除,每秒 220 公里,一年能飞大概 69.4 亿公里,拿总路程除以年飞行距离,就得到了 2.2 亿年左右的数字,不同研究机构给出的数值略有出入,有些文献(天文物理期刊》的相关轨道测定研究)推算结果分布在 2.2 亿到 2.5 亿年之间,原因是太阳系的实际运行轨道并非理想正圆,银河系本身的质量分布也在动态变化。
这“一圈”里,都发生过什么?
把这个时间尺度往地球历史上一套,画面就出来了。
- 上一个银河年刚开始的时候,地球上还是三叶虫的天下,脊椎动物连个影都没有。
- 半圈之前,盘古大陆正在慢慢拼合,恐龙还没登场,爬行动物刚刚开始称霸。
- 最近这一圈快走完的这几千万年,恐龙没了,哺乳动物起来了,最后冒出来一种会写文章的灵长类。
换句话说,我们整个物种的历史,放在一个银河年里,连眨眼的工夫都算不上。
(配图:时间轴示意图——标注地球重大事件与银河年位置的关系,如“恐龙灭绝仅占银河年3%”)
还有个更扎心的细节
太阳系并不是在银河系里温驯地跑圈,它还会上下摆动,大致每 3000 万到 4000 万年,太阳系会穿过银河系的银道面一次,有些科学家(Rampino 等人在“Shiva Hypothesis”相关研究里)推测,这种周期性穿越可能会扰动奥尔特云里的彗星,增加地球被撞击的概率。
当然这还只是一种假说,但想想也挺有意思的——我们坐在这颗蓝色小石头上,一边在银河系里转大圈,一边上下颠簸,像一艘看不见的宇宙航船。
地球绕一圈,我们自己绕了多少圈?
最后说一个我自个儿觉得很有意思的换算,地球绕太阳一圈是一年,太阳绕银河系一圈是 2.2 亿年,这意味着,每一次银河年,地球刚好绕太阳转了 2.2 亿圈。
我们一辈子能赶上多少次?八十岁也就是地球绕太阳 80 圈,对于银河系来说,连呵口气都算不上,想到这儿,说不上是感到渺小,还是觉得能活这一小段,已经够神奇了。