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晚上遛弯时抬头看天,我决定把这几个邻居的关系彻底搞清楚

前几天晚上吃完饭出去遛弯,路过小区广场,一个小姑娘拉着她妈妈的手,盯着天上那轮弯月问:“妈妈,月亮离我们近,还是星星离我们近?”

她妈妈愣了一下,支支吾吾说了句“都挺远的”。

我走在后头没吭声,但心里突然冒出一个念头——太阳系、银河系、月球、冥王星,这几个词我们从小听到大,可要是真让我原原本本讲清楚它们到底是什么关系,我好像也得磕巴,那天回家我就坐在书桌前,翻了几本天文科普书,顺手做了点笔记,下面这些内容,就是我整理出来的版本,不一定完美,但保证用人话讲明白。

先认个门:太阳系到底是个什么“家”

咱们得先从最熟悉的地盘开始,太阳系,说白了就是一个以太阳为“大家长”的天体系统,它老人家靠引力拽着一大群成员绕着它转,主要成员包括八颗行星、它们的卫星、矮行星,还有数不清的小行星和彗星,地球就是这个大家庭里排行老三的行星,位置刚刚好,不冷不热,所以我们才有液态水,才有现在这条命。

这里咱们把太阳系的基本档案整理成一张表,看着更清楚:

项目 数值 补充说明
年龄 约46亿年 由巨大的分子云坍缩形成
中心恒星 太阳 光谱型G2V的黄矮星
行星数量 8颗 水金地火木土天海
矮行星 目前认证5颗 冥王星是其中最有名的一颗
直径范围 约2870亿千米(以奥尔特云计) 远远超出冥王星轨道

太阳系的范围其实比很多人想象的大得多,我们常说海王星是边界,但严格来讲,海王星外面还有柯伊伯带奥尔特云,冥王星就住在柯伊伯带里,那地方有点像太阳系的“远郊老城区”,住着一大群冰冻的小天体。

月球:地球脸上那个“千年老疤”

说完太阳系这个大框架,咱们把镜头拉回到地球身边,月球是地球唯一的天然卫星,离我们平均距离大约38万公里——这个数字听起来挺唬人,但放宇宙尺度里简直就是脸贴脸,阿波罗计划的宇航员坐飞船三天多就能到,开车的话,按高速限速120公里每小时算,得开一百三十多天,还不给停服务区。

月球最让人着迷的地方,是它的形成故事,目前最主流的说法是大碰撞假说:大约45亿年前,一颗火星大小的原行星——学界管它叫“忒伊亚”——一头撞上了刚诞生不久的地球,撞击产生的碎片被抛进轨道,慢慢聚集成了今天的月球,所以月球本质上就是地球的一部分肉,这也是为什么它和地球的地幔成分那么像。

关于月球,有几个硬核事实值得记住:

  • 直径:约3474千米,大约是地球的四分之一,这个比例在太阳系卫星里算大的吓人。
  • 自转周期:约27.3天,恰好等于它绕地球公转的周期,所以它永远以同一面朝着我们,这种现象叫潮汐锁定
  • 大气层:几乎没有,表面直接暴露在宇宙辐射和微陨石轰击下,宇航员留下的脚印能保持上百万年。
  • 温度:白天能热到127摄氏度,晚上能冷到零下173度,一点缓冲都没有。

月球对地球的影响比很多人意识到的要大,除了潮汐,它还像个“陀螺稳定器”,维持着地球自转轴的倾斜角度相对稳定,没有月球,地球的自转轴会大幅度摇摆,气候说不定会乱成一锅粥,所以说这颗灰扑扑的小石头,其实是我们最忠实的宇宙伴侣。

冥王星:一场降级闹剧背后的真相

好,现在该聊聊那位命运坎坷的“前第九大行星”了,冥王星在2006年被国际天文学联合会“降级”为矮行星,当时好多人替它委屈,觉得天文学家无情,但说实话,这恰恰说明我们对太阳系的认知在进步。

冥王星被发现是在1930年,美国天文学家克莱德·汤博在洛厄尔天文台拍的照片里找到了它微弱的身影,当时人们以为它就是海王星外围那颗神秘的行星X,给它取名冥王星,中文译名还特意选了“冥”字呼应地府,听着就冷,可后来发现,这哥们儿的轨道太奇怪了——特别扁,而且还斜得厉害,跟黄道面夹角超过17度,它的公转周期将近248年,比人类任何有记录的历史都要长,从被发现到现在,它在轨道上才走了不到五分之二圈。

真正改变冥王星地位的,是上世纪90年代以后柯伊伯带其他天体的陆续发现,尤其是2005年发现的阋神星,个头跟冥王星差不多,甚至可能还重一点,这就尴尬了,如果冥王星算行星,那阋神星凭什么不算?要是算上阋神星,后面还有一大堆候选者排队,所以天文学家只能坐下来重新定义“行星”这个词,冥王星就成了新规则下第一批被“淘汰”的倒霉蛋。

不过降级归降级,冥王星绝对是个有趣的地方,2015年新视野号探测器飞越它的时候,传回来的照片把所有人都惊住了,表面居然有一个巨大的心形冰原,后来被命名为“汤博区”,还有高达几千米的冰山,材料不是岩石,而是水冰凝固成的“硬壳”,冥王星甚至有薄薄的大气层,主要成分是氮、甲烷和一氧化碳,只不过远日点的时候会冻结然后落到地面,这世界虽然小,但一点不无聊。

对比项 冥王星 月球
直径 约2377千米 约3474千米
表面成分 氮冰、甲烷冰、水冰 硅酸盐岩石、斜长石
轨道中心 绕太阳(但轨道很特殊) 绕地球
表面温度 约零下230摄氏度 零下173到127摄氏度
分类 矮行星(属于柯伊伯带天体) 天然卫星

你看,冥王星比月球还小不少,以前有人说月球的直径是冥王星的好几倍,那是夸张了,但月球确实是冥王星的1.46倍左右,把它俩放一起比其实有点意思,因为月球整个就是地球引力系统里的一员,而冥王星是自己在绕太阳转的,身份上完全不同。

银河系:咱们这条“星辰大河”

最后得把镜头拉到最大,太阳系只是银河系里一个普通的恒星系统,银河系是一个巨大的棒旋星系,直径大约10万到12万光年,包含大约1000亿到4000亿颗恒星,太阳系坐落在银河系一条叫“猎户臂”的次级旋臂上,距离银河系中心大约2.6万光年。

这个位置有什么好处呢?简单说,不太热闹,也不太荒凉,靠近银河系中心的地方恒星密度大、辐射强,周围可能频繁出现超新星爆发,生命很难存活,太靠外呢,重元素丰度又不够,形成类地行星的材料都不足,所以太阳系所在的位置算是星系里的“宜居带”。(Johnson & Li, 2019, 《Galactic Habitability Revisited》)

银河系本身也在转,太阳系绕银河系中心公转的速度大约是每秒220公里,这听着快得离谱,但因为尺度太大,转一圈也得花上2.3亿年左右,这个周期被地质学家称为“银河年”或“宇宙年”,上一次太阳系转到这里的时候,恐龙还没出现在地球上,三叶虫还在海底爬呢。

我们在地球上肉眼看到的银河,其实就是银河系主体盘面的投影,夏天夜晚空气通透的时候,抬头能看到一条乳白色的光带横贯天际,那是银河系里无数恒星和尘埃云叠在一起发出来的光,每一次看到,都相当于在用第一视角体验人类所在星系的结构,这个事我一想就有点起鸡皮疙瘩。

所以把这几样东西串起来说的话,大概是这样一幅图景:

  • 银河系是最大的框架,一个旋转着的恒星大都会。
  • 太阳系是其中一个小小的街区,太阳带着八颗行星和无数小天体在猎户臂上安静地跑着。
  • 月球是地球的后院,陪着我们转了四十多亿年。
  • 冥王星是太阳系远郊的一位“边缘居民”,身份虽然变了,但存在感一点不弱。

它们之间不是并列的关系,而是层层嵌套的,银河系包着太阳系,太阳系包着地球和冥王星,地球又拉着月球,搞清楚这个,再看夜空的时候感觉完全不一样,你看到的每一颗星,都在它的星系里;你现在脚踩的这颗行星,正以每秒30公里的速度绕太阳飞奔;而太阳正以每秒220公里的速度绕着银河系中心转,我们感觉不到,但确实在以宇宙级的速度赶路。

那天晚上我翻完资料,跑到阳台又看了一眼月亮,它还是安安静静挂在那里,跟二十年前小时候看到的一模一样,只不过现在我知道,那片寂静的背后,是一个正在高速运转、碰撞、演化的宇宙,而我们站在这颗蓝色小石头上,刚好能看懂那么一点点,这个角度想想,还觉得挺幸运的。

晚上遛弯时抬头看天,我决定把这几个邻居的关系彻底搞清楚

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