邻居家串门指南,太阳系和银河系的真实模样
一个让人沉默的数字
我在北京回龙观租的房子,离公司刚好八公里,每天早上骑电动车二十分钟,有天加班到深夜,我抬头看了看天,突然想到一个事儿:离我们最近的恒星比邻星,如果把它等比缩小成公司大楼,那太阳就是回龙观的菜市场,距离差不多四万公里,这什么概念?地球赤道周长才四万公里,也就是说,你绕地球一圈的距离,差不多就是我们家到邻居家的距离,而银河系里这样的"住户",有两千亿到四千亿个。
那天我站在小区门口发了好一会儿呆,我们从小看的科普图册,画着太阳系九大行星整整齐齐排着队绕太阳转,颜色鲜艳,间距匀称,看着像一串手链,这个画面其实撒了一个弥天大谎——比例完全不对,今天我想跟你聊聊,这些天体之间真实的空间关系到底长什么样,以及我们住的这片"街区"在整个银河系里到底是个什么位置,我会尽量让数据精确,但说真的,越精确反而越让人觉得不真实。
| 天体 | 距太阳平均距离(万公里) | 光到达时间 |
| 水星 | 5790 | 约3.2分钟 |
| 金星 | 10800 | 约6分钟 |
| 地球 | 14960 | 约8.3分钟 |
| 火星 | 22790 | 约12.7分钟 |
| 木星 | 77850 | 约43分钟 |
| 土星 | 143400 | 约79分钟 |
| 天王星 | 287100 | 约2.65小时 |
| 海王星 | 449500 | 约4.1小时 |
太阳系:家门口那条空荡荡的走廊
如果用一个比喻,太阳系就像一条特别特别长的走廊,太阳是中间唯一亮着的一盏灯,八大行星?它们就是走廊里飘着的几粒灰尘,大部分空间完全是空的。真空这个词你上学时候肯定听过,但它的"空"超出日常经验,地球直径大概一万两千七百多公里,而地球到月球的距离是三十八万公里,中间能塞下三十个地球排成一串,1969年阿波罗宇航员飞了三天才到月球,这还只是太阳系里的"门对门"距离。
再往外看,火星离地球最近的时候大约五千五百万公里,但这不是常态,地球和火星都在动,有时它们各在太阳两侧,距离能拉到四亿公里,我们的探测器去一趟火星,动辄七八个月,毅力号火星车2020年7月30日发射,2021年2月18日才着陆,路上飞了将近七个月,要是以后送人过去,吃喝拉撒全在这么个铁罐子里飘大半年,想想就头大。
更远的地方还有柯伊伯带和奥尔特云,柯伊伯带在海王星轨道外面,距离太阳大概四十五亿到七十五亿公里,那里住着冥王星和无数冰冻的小天体,奥尔特云更夸张,距离太阳最远可能到一光年,一光年什么概念?光一秒钟绕地球七圈半,一年走九万四千六百亿公里,太阳系的真正边界在奥尔特云的外缘,距离我们可能有一到两光年,也就是说,我们以为太阳系就是那几颗行星,其实行星区域只是太阳系中心的芝麻粒大的地方,外面裹着一层巨大的冰屑壳子,直径可能达到两光年。
银河系:我们住在一个郊区盘
太阳系本身并不是静止不动的,它带着我们所有人,以每秒约220公里的速度绕着银河系中心转圈,你此刻坐着看手机,实际上正以这个速度在宇宙里狂奔,只不过因为整个地球、整个太阳系一起动,你完全感觉不到,地球绕太阳转的速度大约是每秒三十公里,太阳绕银河系中心转的速度是每秒二百二十公里,银河系中心离我们大约两万六千光年,太阳系转一圈要花大约两亿三千万年,这个时间跨度叫一个"银河年",上一次太阳系转完一圈的时候,地球上的恐龙还在满地跑。
我们在这个巨大星系里的位置其实挺偏的,银河系是一个棒旋星系,直径大约十万到十八万光年(最近有研究认为可能更大,根据中国科学院国家天文台2023年发表在《自然·天文》上的数据,银盘外围的恒星分布范围可能延伸到十九万光年),太阳系不在旋臂最热闹的中心区域,也不在更外围,而是在一个叫猎户座旋臂的分支上,介于人马座旋臂和英仙座旋臂之间,离银心大约两万六千光年,这个位置有点像住在北京五环外——不算太偏,但绝对不是什么宇宙中心。
银河系本身也在动,它和旁边的仙女座星系正在相互靠近,速度大约每秒一百一十公里,大约四十亿年后二者会撞在一起,但所谓的"撞"并不会让恒星乒乒乓乓碰成一片——恒星之间的间距太大,大概率相安无事擦肩而过,只是引力会把两个星系撕扯变形,最终合并成一个更大的椭圆星系,到那时候地球还在不在都是个问题,毕竟太阳的寿命还剩大概五十亿年,四十亿年后太阳已经变得很亮很热了。
真实比例试着想象一下
我读过的最受震撼的比例模型是这样的:把太阳缩小成一个葡萄柚那么大,放在你家的餐桌上,地球呢?是一粒盐,离这个葡萄柚大概四点五米远,在客厅另一头,木星在啥地方?大约二十三米,邻居家客厅里,个头像一颗弹珠,冥王星?在一百米开外的马路上,比灰尘还小,而比邻星,离我们最近的恒星——如果按这个比例,它在一千二百五十公里之外,大概从北京到上海那么远,一个葡萄柚在北京,另一个葡萄柚在上海,中间全是虚空。
更让人发愣的是:银河系如果用这个比例来算,直径会是八千万公里,太阳到地球的实际距离一点五亿公里,八千万公里差不多是太阳到金星的距离,换句话说,把太阳缩成葡萄柚大小之后,银河系这个"大都市"的直径,竟然相当于现实中太阳到金星的真实距离,我每次想到这个就有点恍惚,我们在地球上为房价发愁,为堵车生气,为明天开会焦躁,而所有这些焦虑发生的舞台,放在宇宙尺度下,连一粒灰尘都算不上。
我们在这片虚空里并不起眼
旅行者一号在1990年拍过一张著名照片,叫"暗淡蓝点",那是在距离地球六十亿公里外回头拍的一张全家福,照片里,地球是一个不到一个像素大小的淡蓝色光点,混在太阳反射光的一道光带里,你得仔细找才能发现它,卡尔·萨根看到这张照片后写了一段话,大意是说,你所有爱的人、你认识的所有人、人类历史上每一个国王和农夫、每一个圣人和罪人,他们的一生都在那一粒悬浮在阳光中的微尘上度过。
而在更大的尺度上,银河系本身也不过是本星系群里一个普通成员,本星系群包含银河系、仙女座星系、三角座星系等大约几十个星系,跨度约一千万光年,再往上,是室女座超星系团,包含几千个星系,跨度一亿一千万光年,再往上,是拉尼亚凯亚超星系团,包含大约十万个星系,跨度五亿两千万光年,你家沙发的位置、你所在的城市、你脚下的板块、地球、太阳系、银河系,一层层嵌套下去,你所在的坐标,在整个可观测宇宙里,是靠近某个不起星点的位置,周围全是虚空,而我们管这虚空叫"家"。
但我们能知道这件事本身就很奇妙,一堆碳基生命体,呆在一个石头球上,靠着几公斤的大脑,竟然硬是算出了两百亿光年外的事情,算出了星系怎么转、引力怎么弯、时间在黑洞旁边会变慢,这种能力跟宇宙的尺寸比起来简直荒唐,但它是真的,我们真的知道这些事情,知道了之后,该堵车还是堵车,该吃烧烤还是吃烧烤,只是偶尔加班夜归抬头看天的时候,心里会多一点点说不清的东西——不是渺小感,反而是某种奇怪的宽慰,那些很大的尺度,把日常琐碎衬托得不那么紧要了。
这会儿我窗外天已经黑透了,看不见几颗星,北京的雾霾把银河挡得死死的,但我知道它在上头,每秒二百二十公里,带着我往不知道什么方向狂奔。