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下班路上抬头看了一眼,突然想到一个挺傻的问题

昨天晚上骑车回家,等红灯的时候抬头看了一眼——天上就那么几颗星,孤零零地挂着,我脑子里突然蹦出一个念头:我们总说银河系大、太阳系大,可它们到底谁大谁小?大多少?说出来不怕你笑话,我虽然知道银河系更大,但它们的比例关系,我活了三十多年居然从来没搞明白过。

下班路上抬头看了一眼,突然想到一个挺傻的问题

银河系螺旋结构示意,太阳系大约在距离中心2.6万光年的猎户臂上

回去翻了翻资料,我发现这个问题其实挺有意思的,而且一旦用“体积”这把尺子去量,很多数字会让人头皮发麻。

先看最熟悉的陌生人:地球

我们住在地球上,但对它的大小其实没什么概念,地球赤道半径大概是6378公里,如果把它看成正球体,体积约是0832 × 10¹² 立方公里,这个数字什么意思呢?一万亿立方公里出头,听着很大对吧?可它连太阳系里的“大个子”都排不上,木星的体积是地球的1300多倍,太阳的体积是地球的130万倍——你看,刚出家门几步,地球就变成弟弟了。

太阳系到底有多大?这事儿得分两层说

很多人以为太阳系的边界是海王星轨道,其实不是,海王星之外还有柯伊伯带,再往外还有奥尔特云,奥尔特云是一个包裹太阳系的球壳状冰质天体群,这才是太阳系真正的“外缘”,距离太阳大约1光年到2光年之间。

那太阳系的体积怎么算?得看边界定在哪:

  • 如果以海王星轨道为界,半径约45亿公里,体积大约是82 × 10²⁹ 立方公里
  • 如果以奥尔特云外层为界,半径约2光年,体积大约是68 × 10³⁹ 立方公里

这两个数差了十一个数量级,也就是说,小学课本上那个“太阳系模型”,其实只画了最里面一小圈,相当于你只在小区门口转了转就说逛完了整个城市。

下班路上抬头看了一眼,突然想到一个挺傻的问题

太阳系行星与太阳的体积对比,左起依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,右端为太阳

银河系入场,前面的数字又变成零头了

银河系是一个棒旋星系,主体恒星盘直径大约10万到12万光年,中间隆起的核球厚度大概3000到5000光年,我们算体积的话,取常用的估算值:

  • 直径约10万光年
  • 平均厚度约2000光年

把它近似成一个扁圆柱体,体积大概是57 × 10¹³ 立方光年,注意,单位已经变了,换算成立方公里:1光年约等于9.46万亿公里,1立方光年约等于8.47 × 10³⁸ 立方公里,所以银河系的体积大约是33 × 10⁵² 立方公里,这个数字大到什么程度呢?

对比项 体积(立方公里) 相当于多少个地球
地球 08 × 10¹² 1
太阳 41 × 10¹⁸ 130万
太阳系(奥尔特云) 68 × 10³⁹ 48 × 10²⁷
银河系 33 × 10⁵² 23 × 10⁴⁰

这个表格我盯着看了好一会儿,银河系的体积大约是太阳系(按奥尔特云算)的5万亿倍,而太阳系又大约是地球的48 × 10²⁷倍,这种数字已经超出日常经验了,没法靠想象。

那银河系里塞了多少个太阳系?

这是最容易产生的误解,有人看了体积比例就脱口而出:“太阳系在银河系里是不是就像一粒芝麻放在足球场里?”其实不太对,因为银河系里不是空的——它有恒星、气体、尘埃和暗物质,太阳系这种行星系统的“地盘”在银河系里占了多大比例,要看怎么定义“属于太阳系”的空间。

如果按奥尔特云半径2光年算,一个太阳系占的空间大约是9.42 × 10³⁸立方公里,银河系里像太阳这样的恒星大约有2000亿颗,假如每颗恒星都自带一个类似大小的“领地”,那它们占的总体积大约是1.88 × 10⁵⁰立方公里,这个数只有银河系总体积的4%左右。

你看,银河系其实非常“空旷”,恒星之间的平均距离达到4-5光年,而单颗恒星的“势力范围”半径也就1-2光年,中间那些巨大的空隙里,飘着稀薄的气体和暗物质,密度低到在地球上基本视作真空里的真空。

拉下来看看,我们在哪儿

地球在太阳系里,太阳系在银河系里,银河系直径10万光年,太阳系位于离银心大约2.6万光年的猎户臂上,不靠中心也不在边缘,算是郊区里的一个普通居民点,说句夸张的话,如果把银河系缩小到北京市那么大,太阳系大概只有一粒灰尘的十分之一,而地球在这粒灰尘里还要再缩小几万倍,人类探测器飞得最远的旅行者一号,飞了四十多年,连太阳系的“院墙”都还没摸到。

我合上书的时候,窗外天已经全黑了,路灯把街道照得挺亮,看不到几颗星星,但我知道头顶上那片暗蓝色的背后,是一个我们勉强能用数字描述、却永远无法真正“感受”的尺度,这种无力感倒也不让人沮丧,反而有种奇怪的踏实——好像你发现自己如此渺小之后,那些白天纠结的破事,突然就没那么沉了。

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