银河系在宇宙尺度上,真的像一根头发丝
前几天晚上在阳台抽烟,朋友突然问我:“你说银河系到底有多大?”我想了想,回了他一句:“在宇宙的尺度上,银河系也就一根头发丝的粗细。”他愣了两秒,然后笑了,说我吹牛不打草稿,但这事儿我真是认真想过的,而且越想越觉得震撼。
咱们先别急着反驳,让我慢慢把这个画面在你脑子里搭起来,这个想法其实来自一个著名的天文观测结果,1995年哈勃望远镜干了一件疯狂的事——它对准天空中一个看起来空无一物的区域,连续拍了十天,那片天区有多小呢?天文学家打了个比方:就像你在两百米外看一颗网球,球上有一个针孔,那个针孔的大小就是哈勃观测的区域。当时所有人都觉得这操作太离谱了,因为那片区域肉眼看去什么都没有,这不是浪费宝贵的望远镜时间吗?
但洗出来的照片让全人类沉默了,那片“什么都没有”的针孔里,密密麻麻挤着将近三千个星系,每个星系都有几百亿到几千亿颗恒星,每个恒星都可能带着自己的行星,后来天文学家根据这个观测结果做了个估算——在可观测宇宙范围内,星系的总数大概在两万亿个左右。
两万亿,这个数字大到我完全无法想象,但我们可以换个方式感受一下。
把宇宙比喻成一片沙滩试试
我有一次在海边坐着,随手抓了一把沙子,看着沙子从指缝里漏下去,后来查了一下,一把沙子大概有十万粒,这已经多到数不清了,你坐在那数一天都数不完一把,现在想象整个海滩的沙子,从脚下的沙滩一直延伸到你看不见的海底沙层,再乘以全世界所有海滩、所有沙漠、所有沙层,就这样的沙子总量,可能还不够两万亿粒。
然后你就想象,我们银河系就是这数不清的沙粒中的一粒。你随便从地上捏起一粒沙子,它在这片巨大的沙滩上渺小到什么程度?你根本不可能用肉眼在一整片沙滩里找出刚才那粒,而银河系在宇宙中的相对大小,差不多就是这个比例。
这时候头发丝的比喻就更好理解了,你低头看自己手臂上如果恰好有根掉落的头发,那根头发的粗细相对于整个海滩意味着什么?意味着几乎没有,意味着你的视线稍微晃一下,它就淹没在沙滩的纹理里了,但你凑近了仔细看,这根头发里它有结构、有粗细变化、有毛鳞片、甚至还挂着一点点油光和灰尘——这就很像银河系了。
走进这根“头发丝”的内部
我们刚才一直在外面看这根头发丝有多细,现在咱们钻进去看看它里面什么样。
银河系是个棒旋星系,中间鼓起来一个核球,几条旋臂像涡一样甩出去,从侧面看确实就扁扁的一条,像极了横在黑色桌面上的发丝,我们太阳系不在这根头发丝的中间,而是偏得很,距离银河系中心大约两万六千光年的地方,在猎户旋臂的内侧边缘上。
这么说可能还是抽象,我列个简单的表给你们感觉一下距离尺度:
| 参考对象 | 距离 | 如果用头发丝类比 |
| 地球到月球 | 约1.3光秒 | 发丝上根本测不出的一个点 |
| 地球到比邻星(最近的恒星) | 约4.2光年 | 发丝横截面上的微小间距 |
| 太阳到银河系中心 | 约2.6万光年 | 从发丝的一个鳞片到另一个鳞片 |
| 银河系直径 | 约10.5万光年 | 整根发丝从发根到发梢的长度 |
| 银河系到仙女座星系 | 约250万光年 | 两根头发丝隔了差不多25倍发丝长度的距离 |
你看这个表,就能感觉到一种奇妙的尺度错位感,我们平常觉得地球到月球已经很远了,阿波罗飞船要飞三天,可这个距离在银河系这根头发丝上面,连一个最基本的像素都算不上,太阳系在这根发丝里跑了四十六亿年,也不过是在发丝里面挪了一丁点位置。
那根头发丝里,我们能看到什么
夏夜你如果去一个没有光污染的地方,抬头能看到一条淡淡的乳白色光带横跨天空,那就是银河系的盘面,古人管它叫“牛奶路”,特别形象,你现在抬头看到的那条光带里的每一颗星,几乎都是我们这根“头发丝”里的邻居,你肉眼能看到的恒星,最远也就几千光年,在银河系这根头发丝里,相当于你趴在头发上,只看到了周围几个毛鳞片范围内的东西。
那些更远的部分呢?那些在银河系另一端的恒星和行星,它们的光要穿过整个盘面、穿过重重星际尘埃才能抵达我们,很多光干脆在半路被吸收掉了,所以我们看银河系中心方向的时候,看到的是大片大片的暗黑区域,那不是没有星星,是尘埃把星光挡了个严严实实。
这里面就有一种很难形容的孤独感,我们连同一根头发丝上的“对面那头”都看不清楚,更别说去数那两万亿个其他“头发丝”了。
- 银河系包含大约1000亿到4000亿颗恒星,这个数字本身已经大到离谱,但在两万亿个星系的总盘子面前,也就是一根毛的量级。
- 银河系周围约250万光年的范围内,有五十几个矮星系跟着它转,就像头发丝上沾着的细小尘屑。
- 整个本星系群包含大约几十个星系,银河系和仙女座星系是里面最大的两个,其他的基本上都是些小不点。
- 本星系群再往上,是室女座超星系团,包含了至少一百个类似本星系群的星系群,银河系在这个结构里,已经小到几乎可以忽略不计了。
别嫌这根头发丝小,它其实还在长
有意思的是,我们这根“头发丝”不是静止的,天文学家通过观测发现,银河系正在一点一点地吞并周围的矮星系,人马座矮椭球星系现在就被银河系的引力撕扯成了长长的一条星流,像是这根头发丝吸收了一滴小水珠,水珠被拉成细丝缠绕在上面。
而且大概在四十亿年后,银河系和仙女座星系会撞在一起,到时候两根“头发丝”会发生一场宏大的合并,旋臂结构被打乱,恒星被甩得到处都是,最后慢慢融合成一个更大的椭圆星系,科学家连名字都起好了,叫“银河仙女星系”,到时候夜空的景象会完全变样,不过人类能不能看到就是另一回事了。
这又让我想到一个更有意思的问题——我们之所以觉得银河系大到无边无际,完全是因为我们自己的尺度太小,如果你能把自己缩小到原子大小,你指甲缝里的一粒灰尘都会变成一片望不到边的大陆,反过来,如果你能把自己的视角放大到宇宙尺度,银河系确确实实就是一根头发丝,甚至比头发丝还细。
这就回到开头我和朋友说的那句话了,在宇宙尺度上,银河系真的就像一根头发丝——这不是夸张,是实实在在按比例换算出来的结果,你洗完澡擦头发的时候,毛巾上掉下来的那根头发里如果缩小无数倍,或许也有恒星在燃烧,也有行星在转动,也有什么生物正抬头看着它们的“天空”,并且同样觉得自己的世界大得没边儿。
有时候我觉得,这种对比反而让人心里踏实,你操心明天的会议、下周的房贷、下个月的体检报告,这些焦虑在你自己的人生里当然很重,但你想想,连我们所在的整个星系在宇宙里都只是一根微不足道的头发丝,那你的烦恼真的也算不上什么大不了的,洗把脸,喝杯水,看看窗外的天,日子该过还得过。
也许就在此时此刻,在某个极其遥远的星系里,也有一个和你差不多的普通人,正抬着头想同样的事。
(天文数据参考:哈勃深场观测数据、ESA盖亚任务银河系结构测绘、NASA仙女座-银河系碰撞模拟研究)
