银河快报

银河系只是冰山一角,那天晚上,我在阳台多看了几眼

上个月有天晚上,我到阳台收衣服,抬头时顺便看了一眼天空,城市光害严重,只能勉强辨认出织女星,这颗星星离我们25光年,然后我想,银河系的直径有10万光年,织女星简直贴着我们鼻子,再往远了想——室女座超星系团跨度1.1亿光年,拉尼亚凯亚超星系团跨度5.2亿光年,我家阳台看到的这点星星,连冰山一角都算不上,更像是整座冰山里的一粒冰晶。

你可能会说,银河系已经够大了,为什么还只是一角?

因为宇宙的结构层次,跟我们平时"大"和"小"的直觉完全不在一个量级,费曼说过,如果不能用简单的语言讲清楚一个概念,说明自己还没真正理解,那我试试用最直白的比方来说这件事。

先把银河系放在你的手掌上

想象你掌心托着一枚硬币,这枚硬币是太阳系,边缘到边缘刚好是柯伊伯带的范围,按这个比例,银河系有多大?

大概相当于整个中国陆地面积,你手里的硬币,摆在九百六十万平方公里的版图上,你在硬币上刻个点代表地球,这个点肉眼几乎看不见,旅行者1号飞了四十多年,在这个硬币上移动的距离,大概只有头发丝直径的千分之一。

这就是银河系内部的尺度。我们觉得太阳系已经空旷得难以想象了,但在银河系面前,太阳系是一颗沙粒。

1969年阿姆斯特朗登上月球,人类第一次站在另一个天体上看地球。地球变得像一颗蓝色弹珠。但即便是从月球回望,银河系的真相仍然藏在背景里——那些密密麻麻的恒星,每一颗都可能带着自己的行星系统。

银河系只是冰山一角,那天晚上,我在阳台多看了几眼

银河系本身也在一个更大的结构里

我用一个表格来整理天文学家到目前为止摸清楚的层级关系,数据主要来自哈勃望远镜观测和斯隆数字巡天项目(SDSS)的统计结果:

层级 名称 大约尺度 包含对象数量
1 太阳系 约0.001光年(柯伊伯带半径) 1恒星+8行星+无数小天体
2 银河系 约10万光年(盘面直径) 1000亿~4000亿颗恒星
3 本星系群 约1000万光年 超过54个星系
4 室女座超星系团 约1.1亿光年 几百个星系群
5 拉尼亚凯亚超星系团 约5.2亿光年 约10万个星系
6 可观测宇宙 约930亿光年(直径) 估计2万亿个星系

你看这组数字,银河系在表格里已经排到第二行了,往下还有这么多层级,2014年,天文学家布伦特·塔利(Brent Tully)团队确认了拉尼亚凯亚超星系团的结构,成果发表在《自然》杂志上,他们发现银河系只是这个超星系团外围的一个小成员,像依附在大陆架边缘的一个小岛。

更让人发懵的还在后面

可观测宇宙的直径是930亿光年,这还只是"可观测"的部分,物理学家普遍认为,不可观测的部分可能更大,也可能宇宙是无限的,我们不知道,我们只能看到光来得及到达地球的范围。

这就像你站在海边,只能看到地平线以内的大海,你知道海一定延伸到地平线之外,但看不到具体多远,银河系在这个比喻里,大概相当于你脚边一朵浪花里的一个小气泡。

有意思的是我读大学时的一个经历,那时候和朋友聊外星文明,有人说银河系里肯定有智慧生命,我当时也觉得概率上说得通,后来知道了超星系团和宇宙大尺度结构,才反应过来——银河系里有没有邻居这件事,放在整个可观测宇宙的尺度上看,几乎是个注定有答案的问题,2万亿个星系,每个星系几千亿恒星,哪怕概率低到小数点后几十位,也足够让生命出现很多次。

问题是他们也在找我们,而我们彼此都困在各自的那一角冰山里。

银河系只是冰山一角,那天晚上,我在阳台多看了几眼

为什么我们在夜空里看不到那么多星系

既然有2万亿个星系,夜晚为什么还是黑的?这个问题其实困扰过天文学家很久,叫奥伯斯佯谬,简单说就是:

  • 宇宙在膨胀,远方星系的光被红移到不可见波段
  • 光速有限,很多星系的光还没到达地球
  • 恒星和星系的分布并不是均匀填满整个天空

你肉眼能看到的星系,除了银河带本身,其实只有寥寥几个——仙女座星系、大小麦哲伦云,南半球看大小麦哲伦云,像是银河系旁边挂着的两小块光斑,19世纪约翰·赫歇尔在南非好望角观测时,详细记录了这两个"云"里的星团和星云,他当时还不知道那是河外星系,要到20世纪初,勒维特研究了麦哲伦云里的造父变星,找到周光关系,后来哈勃才用这个工具测出仙女座星系距离我们远在银河系之外,人类的宇宙观就这样一层层被剥开。

冰山一角的本质:我们的感知被光速锁死了

银河系直径10万光年,意味着你看到的银河系中心的光,是10万年前出发的,那时候人类还生活在旧石器时代,你看的永远是过去。

而可观测宇宙外面,光永远到不了地球,信息被宇宙膨胀的速度截断了,我们活在一个半径为465亿光年的球形气泡里,气泡之外,宇宙可能热闹非凡,但我们永远不知道。

认识的一位搞科普的朋友说过一句话我觉得挺有意思:宇宙给了我们一个930亿光年的"客厅",但可能真正的宇宙是一整座城市,甚至一整片大陆。银河系只是客厅茶几上摆的一颗糖。

我把这些写在纸上时,抬头又看了看窗外,云层遮住了星星,我只能看到对面楼房的灯光,但我知道,在云层背后,在那些灯光淹没的黑暗里,银河系正带着我们以每秒600公里的速度,在拉尼亚凯亚超星系团里朝一个叫"巨引源"的地方坠落,我们是一粒灰尘,在宇宙级别的冰山上滚落,正在滑向更深的水域。

这些数字不会让人沮丧,反而让我想到一件事——望远镜还能造得更大,探测器还能飞得更远,韦布望远镜现在发回来的那些深场图像里,每一个模糊的小光斑都是一个星系,冰山露在水面上的部分已经这么壮观了,水面之下呢?没人知道,但有人在想办法往下潜,光是这一点,就让人觉得挺踏实的。

银河系只是冰山一角,那天晚上,我在阳台多看了几眼

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