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地球在宇宙中的位置
原创 淼淼朤朤 博闻天下之天下故事 2021-04-06 07:48



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    经典会变成传奇·传奇会衍生为神话


太阳系


“太阳”是太阳系中心的天体,同时也是整个太阳系中体积最大质量最高天体,因为这个原因,太阳系中的所有天体都被太阳的引力支配,围绕着太阳不断的旋转运动。


根据科学家的研究判断,太阳系大约在46亿年前,在一片分子云中诞生,并且很大的概率是因为一个恒星发生超新星爆发,爆炸释放出的能量正好击中分子云,才促使了太阳的诞生,虽然太阳已经稳定的存在几十亿年,但是在数百亿年后,太阳还能存在吗?太阳系的最终结局又是什么?如果太阳“熄灭”人类应该怎么办?



首先,从位置上来看,太阳系处于银河系的第三旋臂——猎户旋臂上,在整个银河系中,和太阳类似的恒星有很多,对于星系来说恒星只是基础的组成单位,而银河系本身是本星系群的一部分,本星系群大约由50个和银河系相似的星系组成,在本星系群上,还有更大拉尼亚凯亚超星系团。


因为宇宙本身在不断膨胀,很多星系都在不断的远离银河系,但是“仙女座星系”除外,大约40亿年后,银河系就会和仙女座星系发生碰撞,最终融合成为一个全新的星系,太阳系在这碰撞中不会受到太大的影响,会成为新星系的一员,向着宇宙中的引力源继续移动。



说完了太阳系在位置上的结局,再来思考一下太阳系本身的结局,在宇宙中存在很多恒星,也不断有新的恒星诞生,所有恒星都有自己的“寿命”,一般情况下,体积越大质量越高的恒星寿命就越短,而太阳这样偏小的恒星寿命较长,大约可以维持“主序星”的状态100亿年。



太阳的体积和质量很大,之所以可以维持稳定,是因为内部的引力平衡和核聚变反应,但是在长时间的聚变反应后,恒星内核的氢元素会被大量消耗,最终无法维持整体的稳定,这个时候恒星的“寿命”就等于走到了尽头。


因为恒星之间的大小差距很大,不同质量的恒星在走到生命尽头时会有不同的演化方式,首先恒星会因为引力失衡开始膨胀,变成“超巨星”,体积更大释放能量的速度更快,但是在这个过程中会不断丢失自己的质量。



原本质量较高的恒星度过超巨星阶段后,会形成超新星爆发,然后发生引力坍塌变成“中子星”或者是“黑洞”,而太阳这样较小的恒星会逐渐变成行星状星云,星云逐渐冷却后,会留下一颗“白矮星”。


而在这个过程中,因为恒星的质量大幅度降低,引力也会不断降低,太阳系内的其他天体会逐渐脱离太阳系,水星,金星和地球,可能在太阳成为红巨星的时候就被太阳吞噬,而其他行星和小行星会逐渐脱离太阳系引力,被宇宙中的其他恒星系俘获,或者是孤独的在宇宙中流浪。



就算恒星变成一颗白矮星,它仍然拥有很高的温度,目前科学家已经在银河系中发现了数十万颗白矮星,这足以证明宇宙中一直有大量的恒星死去,也不断的有恒星诞生。


白矮星可以维持这个状态数十亿年,在这个过程中它的温度会不断降低,直到在某一天演化成为一颗“黑矮星”。


黑矮星


黑矮星是中小质量恒星的最终结局,主要成分是碳和少量的氧,黑矮星已经完全冷却,不会辐射热量,也不会发光发亮,它会孤独地漂浮在宇宙中,如果不和其他天体发生碰撞的话,就能永远存在。



因为目前的宇宙还很年轻,就算是宇宙中诞生出的第一批恒星,也只演化到了白矮星阶段,137亿年的时间还不足以诞生出黑矮星,但是在未来的几十亿年后,太阳也走到自己生命终点时,宇宙中可能就存在许多黑矮星了。


太阳系的结局和人类的结局


太阳系的最终结局就是,只剩下一颗孤独的黑矮星,八大行星在太阳走到生命终点后,一部分会被膨胀的太阳摧毁,一部分会被其他恒星的引力影响,离开太阳系的范围内,最终只剩下太阳的残骸漂浮在宇宙中。


那么,人类应该何去何从呢?



首先,太阳走到自己生命的终点还有几十亿年,在这段时间内足够人类发展科技,离开太阳系了,人类文明不可能永远停留在地球,不断寻找适合生命居住的星系,不断探索新的恒星系,就是人类文明的未来!




这是我们地球和月球的对比。一个地球有49个月球那么大。



继续放大一级:海王星有58个地球大,天王星有65个地球大。



土星相当于830个地球,木星有1300个地球那么大!



再放大一级,太阳有130万个地球那么大!



地球在太阳面前已经是一粒砂子。

天狼星!....




北河三 ...




在这个画面,地球已经只有一个像素了 ....

大角星 ...



这个时候地球已经看不到了 ...因为地球太小了!

再放大,参宿星、雄牛座一等出现了 ....



在这个数量级的比例,我们的太阳也只有一个点了!

下面是猎户座一等星!



下面是心大星



继续往下看,自己找对比!



V509 Cassiopeia(仙后座)、KY Cygni(天鹅座)、Mu Cephei(仙王座)!



V354 Cephei(V354仙王座)、VV Cephei(VV仙王座),最大的蓝色那个,叫双子星!第三大!



2012年以前,VY Canis Majoris(大犬座VY星)一直是坐在已经最大的星球。体积,至少是太阳的80亿倍!



目前已知最大星体:盾牌座UY!体积是太阳的210亿倍!



那么,你们认为就这样结束了吗?


这只是银河系的一个点!


这是我们“已知”最大的星体,盾牌座UY不过离地球6000光年,银河系的直径有10万光年,这连银河系的1/10都不到啊!



(上图是银河系)



地球对于银河系来说,只是个微不足道的小行星。


不过在我们的尺度里,所有你能观测到的星体还都只是在银河系范围内的。


下面让我们来看看在其他星系里有什么?


太空望远镜哈勃,将它的镜头对准夜空里的一个小角落。



就连所有这一切,也不过是一道光波而已...


这下你一定很吃惊吧?


闭上眼睛歇一会儿。


现在来回答下面的问题:


1.你还以眼见为实吗?

2.你相信有外星智慧生命存在吗?

3.你认为有适宜智慧生命生存的其他星球吗?

4.你觉得我们所学过的知识真的很可靠吗?

5.你现在认为生活的目标和生命的意义是什么? 

6.你还为物质的聚散而空生悲喜吗?

7.你还执著于微不足道的自我吗?

8.你如何定义生死呢?


无论您的答案是什么,我们乃至我们赖以生存的地球



甚至是我们硕大的银河系放到茫茫大宇中真的不过是一粒尘埃。


我们司空见惯的事物,我们习以为常的生活,我们笃定信奉的知识,是不是应该重新思考重新定位一下呢?



上图一张著名的照片,1990年,旅行者1号探测器即将飞出太阳系的时候,在距离地球60亿公里的地方,美国国家航空航天局命令它回头再看一眼,拍摄了60张照片,其中一张上,正好包括了地球——图中那个亮点。    

 


如果你现在随便选一个方向只走直线,不改变方向,穿越山川河流,最后你会回到你现在站的这个地方,也就是出发点即目的地。如果登上一艘宇宙飞船,选一个方向出发,最终会回到起点吗?

图:如果这条公路上有一只蚂蚁,它会认为公路是直的还是弯曲的?

我们望着外面笔直的马路,看看长江,黄河,看着高楼林立,山峦叠嶂,似乎它们都在一个平面上,地球是平坦的。然而当我们的飞船飞出地球,回头望来,我们才发现地球原来是圆的。可以发现,我们要了解一个对于我们来说巨大无比的物体或者空间,我们需要在一个更大的尺度上观察它,而不是仅仅是在这个物体一种,一个渺小的角度来探查。


图:在太空中可以看到地球的特征,这种特征是无法在地球表面上观察到的。

那么我们的飞船是否能回到起点呢?我们能否站在宇宙之上更大的尺度中来回望宇宙呢?这涉及到宇宙的边界问题,如果宇宙有边界,那么我们可以飞出边界,回望宇宙。如果宇宙是各个方向都是无限的,并且都是开始方式的,那么我们永远只能做井底之蛙。

宇宙的形状

宇宙的边界,宇宙的形状一直都是科学家重要的研究课题。然而,即使我们向太阳系外发射了大量探测器,我们也不能直接测量出宇宙是平的还是弯的,这就像在一个广场上,我们把蚂蚁换成了昆虫,视野更大了,但还是很渺小。

不过科学家找到了一个新的办法,这个方法来源于《广义相对论》,爱因斯坦告诉我们光只会走直线,如果时空是弯曲的,那么光就会沿着弯曲的路线前进,弯曲路线中的直接,物理学家叫它测地线,测地线类似于地球上的大圆。例如赤道是弯曲的圆形,如果把地图展开,那么赤道就是一条直线。

由此,我们可以通过三角形测量法,如果两条平行的光线会在空旷远处的相交,可见空间必然纯在曲率使光线偏转了,那么空间就是弯曲的。

图:中间那个圆圈代表我们的可观测宇宙,在圈中很难观察到白线是条曲线

然而,科学家从遥远的星系,星系图,甚至从宇宙的第一束光(宇宙微波背景)中,得到的结果是宇宙是平的。或许还有另外一个可能,宇宙的曲率至少是可观测宇宙大小的数百倍。

正常来说,宇宙微波背景辐射(CMB)的温度都应该相同,但是由于宇宙早期受到恒星(的中子)诞生,等其他因素的影响,所以CMB在不同角度上有会一些微小的能量起伏,这些起伏会导致不同朝向上的空间曲线不同。但是CMB的背景颜色虽然有很大的不同,并不代表能量差别特别大,实际上,这样的差别非常小。因此,在非常微小的差别上,我们的宇宙似乎是平坦的。

图:CMB

或许在更精确的水平上,我们可能会发现某种程度的内在曲率,但就目前而言,在我们可以测量宇宙的尺度上,从我们的有利位置向各个方向大约460亿光年,没有迹象表明宇宙是弯曲的。

如果宇宙是平坦的

如果宇宙是平坦的,我们能得到的结果并非只有一个。例如地球经度最终可以在弯曲的地球表面相交,但是或许宇宙并非是球体呢?

图:你可以想象我们的宇宙形状像一个长圆柱体,两端相连形成一个甜甜圈的形状。

沿着环面,平行线永远不会相交,测量到的遥远光线的畸变与平坦的宇宙完全一致。但是你朝一个方向飞行,你最终也会回到原处。

那么我们的宇宙会是甜甜圈吗?如果宇宙的形状像甜甜圈,并且从一端到另一端的距离不超过920亿光年,我们就会发现两端的空间背景是相同的。

图:一个方向上的星系区域与另一个方向上的星系进行识别。

我们并没有得出喜出望外的结果,但甜甜圈的结果,我们并不能排除掉。或许宇宙回弯尺度远远大于920亿光年,我们只能在更大的尺度上感知宇宙弯曲。

即使宇宙是天天圈的形状,飞船也无法飞回来。因为宇宙一直在膨胀,而飞船达不到光速。宇宙膨胀速度与距离成正比,越远的星空膨胀速度越快,在一定距离上更是超过了光速,所以无论飞船飞多久都不可能回到原点。

总结

就目前人类所知,宇宙是平坦的,或许会是甜甜圈状,但它也足够的大,并且时时刻刻在膨胀,远距离的膨胀速度超过光速,而飞船的速度是由上限的,所以飞船无论如何都回不到原点。



天体物理学家、著名科学作家卡尔·萨根就上面照片说了这段著名的话:


在这个小点上,每个你爱的人、每个你认识的人、每个你曾经听过的人,以及每个曾经存在的人,都在那里过完一生。这里集合了一切的欢喜与苦难,数千个自信的宗教、意识形态以及经济学说,每个猎人和搜寻者、每个英雄和懦夫、每个文明的创造者与毁灭者、每个国王与农夫、每对相恋中的年轻爱侣、每个充满希望的孩子、每对父母、发明家和探险家,每个人类历史上的圣人与罪人,都住在这里—— 一粒悬浮在阳光下的微尘。
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