绕银河系一圈要多少天?我掏出计算器按了半天,发现这问题比我想象中好玩多了
事情是这样的,昨天晚上我窝在沙发上刷手机,看到有人问了一个特别天真的问题——绕银河系一圈要多久?我第一反应是:“这谁知道啊,银河系又不是操场跑道。”但转念一想,我们太阳系不就在绕着银河系中心转吗?那它转一圈的时间,是不是就是我们“绕银河系一圈”的时间?
我一下子来了精神,翻身坐起来开始算,这一算不要紧,算出来的数字大到我已经不知道怎么念了。
先搞清楚银河系到底多大
银河系长什么样呢?你可以把它想象成一个巨大的旋转唱片——中间鼓起来一个核球,四周是几条弯弯扭扭的旋臂,整体是个扁扁的圆盘,太阳系不在正中心,也不在最边缘,而是位于猎户座旋臂的内侧,离银河系中心大约6万光年,这个距离在银河系里算是“近郊地段”,不闹但也绝对不偏。
整个银河系的直径大约10万到18万光年——天文学家在这个数字上还在吵,因为银河系边缘弥散着大量暗物质和稀薄气体,边界模糊得很,20000光年,1后面跟四个零,这已经不是飞机高铁能帮你理解的概念了,光速每秒30万公里,跑一年才走完一光年,而我们要绕银河系一圈,光凭想象就有点缺氧。
好在我们不用自己走,我们本来就在走。
太阳正带着全家人狂奔
太阳不是静止的,它在以大约每秒220公里的速度绕银河系中心公转,每秒220公里是什么概念?京沪高铁的最高时速大概是350公里每小时,换算成秒是不到0.1公里,太阳一秒跑的距离,高铁要开半个多小时,你坐在沙发上刷手机的此刻,你已经跟着地球、跟着太阳、跟着整个太阳系在宇宙里飞出去200多公里了,只是你什么都没感觉到,因为周围所有东西都在跟你一起飞。
绕银河系一圈需要多少天”这个问题可以转化为:太阳以每秒220公里的速度绕周长这么大的轨道跑完一整圈,需要多长时间。
我开始算了,越算越晕
我们把太阳的轨道近似成一个圆(其实应该是椭圆,但差得不多),轨道半径2.6万光年,圆周公式小学就学过:周长等于2π乘以半径。
先算周长:
- 轨道半径r ≈ 26,000光年
- 周长C = 2 × 3.1416 × 26,000 ≈ 163,362光年
没错,太阳绕着银河系跑一圈的里程,比银河系本身的直径还长不少,这倒是符合直觉,毕竟太阳在中间偏外的位置,轨道周长肯定大于通过中心的直径。
现在我们手上有两个关键数字:
- 轨道周长约163,362光年
- 太阳公转速度约220公里每秒
接下来要把光年换算成公里,把年换算成天,这个换算过程我反复核对了三遍,因为中间零太多了,稍微手抖一下就差出去好几个数量级。
1光年 ≈ 9.461万亿公里,163,362光年就是:163,362 × 9.461万亿公里 ≈ 545 × 10¹⁸公里,你不用数零了,我给你念:大约是1545后面加15个零,也就是一亿五千四百五十万亿公里左右。
然后用这个距离除以太阳的速度,太阳每年跑的距离是:220公里/秒 × 60 × 60 × 24 × 365 ≈ 94亿公里,也就是说,即使太阳已经快得离谱了,一年下来也才走出不到7亿公里——而全程是1.5后面18个零的公里数,这一除,结果是……
大约2.2亿到2.5亿年。
换算成天的话,用2.3亿年乘以365天,大概就是八千多亿天,这个数字已经大到我的日常经验完全无法覆盖了,上次我有点概念的数字还是国家GDP,那也就几十万亿的量级,跟这个相比完全不在一套坐标系里。
| 项目 | 数值 | 备注 |
| 轨道半径 | 约26,000光年 | 相对银心的距离 |
| 轨道周长 | 约163,000光年 | 近似圆轨道 |
| 太阳公转速度 | 约220 km/s | 目前接受度最高的数值 |
| 绕银心一圈时间 | 约2.2—2.5亿年 | 常被称为一个“银河年” |
| 换算成天 | 约8000—9000亿天 | 以365天/年估算 |
这个时间在宇宙学里有个名字,叫银河年,也叫宇宙年,太阳上一次处在现在这个位置的时候,地球上还是三叠纪,恐龙刚刚开始崛起,哺乳动物的祖先还是些灰溜溜的小玩意儿,那一圈还没转完,我们就从单细胞生物一路走到了现在在手机上讨论这个问题。
图片来源:CoolWorlds Lab / NASA/JPL-Caltech 示意
但你等等,事情没那么简单
你可能觉得到这里答案有了,但其实我越写越觉得,这个问题背后藏着更微妙的东西。“绕银河系一圈”到底是什么意思?绕着哪里转?用什么速度?谁在转?这些问题会直接改变答案。
如果你不走寻常路呢?
要是你非要自己走,不搭太阳的便车,那情况就完全不同了,假设你有一艘超光速飞船——目前这东西只存在于科幻里——你沿着太阳的公转轨道飞一圈,163,000光年的路程,以光速飞也要16万多年,突破光速的事情我们今天不谈,因为物理学目前还不同意。
但如果你想抄近道呢?如果你有某种技术可以直接穿越银河系的中心——从核球那条线走,直径大约10万光年,那以光速直线穿过去就要10万年,是不是比绕圈快了不少?当然前提是你不怕银心那个超大质量黑洞人马座A*和周围密集的恒星环境。
转一圈对谁说?
还有一层更麻烦的:银河系不是刚体,它不是像一个车轮那样整体同步旋转的,而是较差自转——里面的恒星转得快,外面的转得慢,太阳所在的位置,公转速度220公里每秒左右,转一圈两亿多年,靠近银心的恒星可能一亿年左右就转完一圈,而最外围的恒星可能要好几个银河年才能完成一次完整的旅行。
绕银河系一圈要多久”并没有一个统一答案,太阳绕银心一圈叫太阳的银河年,大约是2.3亿个地球年,但不是所有人都住在太阳系,银河系里不同街区的居民,他们对“一圈”的时间体验差别巨大。
图片来源:ESA/Gaia/DPAC 示意
八千亿天,能过出什么来?
我想试着把这个数字拉回到生活里,虽然有点徒劳。
3亿年,人类的整个文明史——从第一块被磨尖的石头算起——不过区区几万年,连银河年的零头都够不上,智人这个物种出现到现在也就30万年左右,银河年走了大概0.1%的进度条,你是不是觉得地球46亿年的年龄已经够夸张了?那也才区区20个银河年。
换句话说,太阳系存在至今,也就绕了银河系不到20圈,上一个银河年,地球上大灭绝事件刚结束不久,三叠纪刚开始,再往前倒一圈,陆地上连植物都还没长利索,再之前,整个地球还是一片混沌。
宇宙有一点特别残酷又特别浪漫的地方:它的时间尺度大到让你的存在感变得稀薄,但同时又让你觉得自己很独特——因为在这个八千亿天的宏大叙事里,你恰好诞生在了这个银河年里极小的一帧画面里。
我有时候会想,太阳带着我们一头扎进星际空间,一秒220公里,飞了两亿多年还没飞完一圈——而我们在它背上面种水稻、谈恋爱、煮咖啡、写论文、计算它自己飞一圈要多久,这件事本身就挺不可思议的。
太阳还在飞,而你在读这篇文章的这几分钟里,它已经带着你飞出大概十几万公里了,不过别担心,椅子的感觉还是稳稳的,惯性的温柔就在这里。