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人类多渺小?已飞232亿公里探测器拍的照片,为何让人害怕?

我们的目标是:星辰大海!

这话经典的台词出自于《银河英雄传说》,却道出了不少人的梦想。但是这个“星辰大海”到底有多广阔?其实它已经远远超过了人类的想象力,相比之下,人类实在渺小得有点不堪。

或许一些人并不认可这个观点,但我们可以从一些探测器回望地球来看:人类究竟有多渺小?

暗淡蓝点

1972年12月7日,阿波罗17号在距离地球29,000公里的地方,朝着地球拍下了一张十分震撼的照片,并把这张照片命名为:蓝色弹珠。

由于距离比较近,这张照片上的陆地和海洋还清晰可见。

1968年12月24日,太阳神8号正围绕着月球运动,宇航员威廉・安德斯拿出相机朝着地球拍摄了一张同样让人震撼的照片,这张照被命名为:地出。

虽然拍摄时,飞船距离地球的距离已经无从考证了,但是月球距离地球的平均距离是38万公里,我们就不难得出,这个距离要比拍摄“蓝色弹珠”时的距离大了一个数量级。从这张照片中,随着距离的增加,地球表面轮廓已经有点模糊了。

2017年,探测器OSIRIS-Rex在距离地球500万公里的位置上,给地球和月球拍摄了一张全家福。

这个距离又比“地出”拍摄时的距离大了一个数量级,不过此时地球的表面轮廓已经十分模糊,月球只有一个“点”那么大。那么如果再把距离扩大一点会如何呢?

我们不妨直接来看一下最远探测器拍摄地球的画面。在众多的探测器中,现在距离地球最远的是旅行者一号。

1977年9月5日,旅行者一号发射升空,在完成主要的任务之后,就朝着远离太阳系的方向飞行,到现在已经有近45年的,它距离地球达到了232.8亿公里。

1990年2月14日,旅行者一号在距离地球64亿公里时,曾经朝着太阳系内侧,给太阳系的行星拍了最后一组照片,科学家通过计算机将这些照片制成了一张太阳系全家福照片。

在全家福当中,一张照片格外引人注意。在这张照片当中,只有一个0.12个像素点那么大的“亮点”,它就是我们的家园地球,著名的天文学家卡尔・萨根把这张照片叫做:暗淡蓝点。

这张照片十分震撼,甚至是引人深思。要知道,旅行者一号拍完这张照片后,到现在又继续飞行了32年,但依然没有飞出太阳系。这张照片公布之后,一度也让人感到害怕,毕竟人类一直以为是宇宙主宰,没想到却如此渺小

宇宙到底有多大?

更令人感到可怕的是,科学家估算,旅行者一号要飞出太阳系,至少还需要3万年的时间,这意味着太阳系的“大”已经是一个天文数字。而仅仅在太阳系当中,地球就已经渺小到几乎可以忽略不计的程度。

那么问题来了,太阳系就真的足够大了吗?

当然不是,其实太阳系也算是个小不点。太阳系位于银河系的猎户座旋臂之中,在银河系中,像太阳这样的恒星大概在1000亿-4000亿颗,银河系的总质量是太阳质量的1.5万亿倍,太阳绕银河系中心运动一圈大概需要2.5亿年。太阳系对于银河系来说,就如同地球相对于太阳系一样,几乎可以忽略不计的存在。

那银河系就足够大了吗?

答案显然也不是这样的。比银河系更大的是星系群(或星系团),说白了就是一群星系的结合体。银河系位于的星系群被叫做:本星系群。本星系群直径达到了1000万光年,总质量约为太阳质量的65万亿倍,大概有几十个像银河系这样的星系,比如:仙女星系、麦哲伦星云等。

那本星系就足够大了吗?

也不是!比本星系群更大的是超星系群(或超星系团),本星系群位于室女座超星系团当中。室女座超星系团直径达到了1.1亿光年,总质量约为太阳质量的1亿亿倍,其中包含了大概100个类似于本星系群这样的星系群(或者星系团),与银河系同等量级的星系,大概就有4.7万个。

室女座超星系团听起来已经很夸张了,那它算是足够大的吧?

答案依然不是!室女座超星系团是拉尼亚凯亚超星系团的一部分。拉尼亚凯亚超星系团当中有3个超星系团,它的直径大约为5.2亿光年,总质量约为太阳质量的10亿亿倍,其中大概包含了10万个与银河系同等量级的星系。

拉尼亚凯亚超星系团算是足够大的了吧?

实际上,宇宙目前已知的最大结构叫做:大尺度纤维状结构,可以说是超星系团复合体。拉尼亚凯亚超星系团属于双鱼-鲸鱼座超星系团复合体的一部分。双鱼-鲸鱼座超星系团复合体的长度约为10亿光年,宽度约为1.5亿光年,总质量约为太阳质量的100亿亿倍。

虽然双鱼-鲸鱼座超星系团复合体属于大尺度纤维状结构,不过它算是大尺度纤维状结构中比较小的存在,有很多大尺度纤维状结构要远比它大得多,其中已知最大的是:武仙-北冕座长城,长度最长端横跨约100亿光年,另一端的长度则是72亿光年。

而这些大尺度纤维状结构其实都位于可观测宇宙当中,那什么是可观测宇宙?

根据相对论推导得到的结果,物质、信息、能量的速度极限是光速,引力波的速度也是光速,而宇宙诞生于138亿年前。

随后宇宙一直在膨胀,把膨胀效应计算在内,人类理论上可以观测到的最大范围是一个以地球为球心,直径为930亿光年的球状空间,超出这个范围,它发出的光暂时还到不了地球。

在可观测宇宙中,与银河系同等量级的星系大概有2.2万亿个。从可观测宇宙的角度来看,不要说银河系了,就是本星系群,室女座超星系团都是小不点,完全可以忽略不计的存在。

那可观测宇宙应该足够大了吧?

其实,也不是!可观测宇宙其实不是全宇宙,它只是宇宙的一小部分。宇宙不仅要比可观测宇宙大得多,同时还在不断地向外膨胀变大。

那宇宙到底有多大呢?

答案是:我们还不知道,但不少科学家相信宇宙大概率是无限大的。这该如何去理解呢?

哈勃深空

1995年,哈勃望远镜被调用,朝着夜空中最暗的一个区域进行连续10天的曝光。当时的天文家们非常愤怒,因为他们认为哈勃望远镜是珍贵的观测资源,却用来做没有任何科研价值的事情。于是,他们都在等着看笑话。

结果,科研机构把这些照片最后叠加到一起之后,进行公布,震惊了当时的整个天文学界。因此,这个区域非常暗,同时还很小,这域大概就是100米外的一颗网球的大小,结果这张照片上却有3000多个类似于银河系这样的星系。

这个发现不仅具有深刻的科学内涵,这张照片还在后来被引用了上千次。

这张照片后来也被称为:哈勃深空。

不仅如此,后来,哈勃望远镜还进行了几次类似的尝试,拍摄出了哈勃极深空和哈勃超深空。其中,2003年发起的哈勃超深空项目,拍摄到的这张照片当中,大概有10000个类似于银河系这样的星系。

无论是哈勃深空,哈勃极深空,还是哈勃超深空,其实都在告诉我们一件事情,那就是无论从地球上朝着宇宙的任何一个方向望去,都无法一眼望到边,同时还会发现似乎每个方向都差不多,这其实预示的一个可能性,那就是宇宙可能是无限大,宇宙处处都是中心,无论是朝着哪个方向看都一样。

人类到底有多渺小?

很可能认为,人类也就是在空间尺度上显得渺小而已。但情况真的有那么乐观吗?显然没有!

我们再从两个层面来审视这个问题,一个层面是:物质维度,一个层面是:时间维度。

我们先从物质维度来看这个问题,科学家发现,宇宙中其实还存在着一些我们观测不到的物质。为何会观测不到呢?

按照在这个宇宙当中,存在着四种基本作用,分别是:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用以及引力相互作用。

其中强相互作用和弱相互作用主要是集中在原子及以下尺度在发挥作用,我们平时能接触得到的是相互作用,不是引力相互作用,就是电磁相互作用。

我们常说的那些“力”,除了引力,其实都属于电磁相互作用,比如:弹力、摩擦力等等。人类的观测,关于天文设备的观察,依赖的也是电磁相互作用。

换句话说,如果物质不参与到电磁相互作用当中,那么我们就观测不到。事实上,宇宙中还真的存在着不参与到电磁相互作用的物质(或能量),这就是暗物质和暗能量。

不仅如此,随着对暗物质和暗能量的研究,科学家发现,宇宙中已知物质的占比竟然只有不到5%,而暗物质和暗能量才是宇宙中的大多数,它们的占比达到了95%以上。

也就是说,人类能够看得到,观测的话,包括人类在内,只是宇宙的少数派,而宇宙的多数派,我们都看不到,连对方是什么样子都没有搞清楚。

我们再从时间维度上来看,按照宇宙学的理论,宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸,随后宇宙开始剧烈地膨胀。

换句话说,宇宙从诞生到现在,一共有138亿年的历史,如果把宇宙的138亿年浓缩成一年来看,太阳的出现大概在这一年的9月1日,地球的出现大概在这一年的9月2日。

这一年最后一天的晚上23:59:52,人类文明才诞生。

这一年的最后一秒,人类的现代文明才出现,科学才诞生,而就是在这最后一秒里,人类通过坚持不懈地探索未知领域,终于触及到宇宙的一些本质问题,搞清楚了这篇文章中提到的各种知识和理论,同时发明了飞机,火箭,原子弹,芯片等尖端科技。从这一点上看,这一秒虽然断则,却因人类而精彩,人类虽然渺小,却又胸怀宇宙。