宇宙有多大(7分钟告诉你宇宙有多大)

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茫茫银河系,其之学识渊博,人可且战且退?

长久以来,银河系的大小不一对物理学家们而言都是两个谜。比如说,在晚期历史中,人们想晓得火星、月亮和其他月亮距火星有多远。随着时间的推移,物理学家发现,银河系常常比他们想像的要大。古人认为月亮是固定在两个并不远方的山巅上,而那时的物理学家晓得,银河系是如此之大,以至于它的边界是未知的。

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物理学家,画家Granger四幅1530(图源:Fine Art America)

公元前3世纪,马其顿物理学家克里特的穆萨穆尔斯选择在月亮露出地平线四分之一的时候,试图透过对比火星和月亮之间的视线夹角来确认地月距与达维季夫卡距的比率。基于不准确的数据,他的方式表明达维季夫卡距约为地月距的20倍左右。尽管他们现在晓得月亮实际上距他们比火星远400倍左右,但他的结论在当时是革命性的,因为它说明月亮比以前认为的要大得多,也远得多。

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马其顿1980年出版的用于纪念穆萨穆尔斯的邮票;这位物理学家有著作《论日月大小不一和距》流传至今

(图源:pixers)

几十年后,另一位马其顿物理学家,米斯的希帕卡德(Hipparque de Nicée),在这方面取得了真正的突破,他估算的地月距的误差小于10%。他透过量测日食期间火星穿过火星阴影所需时间,辅以巧妙的欧几里得排序,从而得出这一结果。除此之外,他还依靠了拉普拉斯诺特的工作结果,后者曾估算火星的直径约为42 000千米(实际直径约为40 000千米)。

第两个可靠的排序方式是公元140年由马其顿物理学家布里丽达·托勒密调整制定的。他借助了两个简单的欧几里得方式,展示了如何采用径向速度法来排序他们与行星间的距。

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三角径向速度法示意图(图源:Wikipedia)

然而,直到近两千年后,随着天文学探测仪器逐渐发展、改进,他们才得以借助径向速度法进行更准确的量测。火星和月亮之间的平均距(被称为“天文学单位”)是由出生于意大利的比利时物理学家让-维克多·伽利略与另一名比利时同僚让·里Montignac在1672年首次准确量测而得到。更广义地说,是透过从巴黎和盖亚那同时探测火星来实现的。

而德国物理学家路德维希·德帕伦,是第两个量测火星与行星间(除月亮外)距的人。1838年,他成功地估算出室女座61雷角与火星的距约为11亿光年。

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室女座61雷角(中国字源:天津增廿七)在星空的大致位置(图源:JEAN-BAPTISTE FELDMANN)值得一提的是,它也被称作德帕伦星——这是一组双星系团统

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画像:两个男人站在侧面,左手拿着两个卷好的文件,右手指着两个火星仪和两个建筑物的图纸

那时,物理学家有许多量测距的方式。对银河系内的行星,量测距所采用的大部分方式都是从径向速度法衍生出来的。而对郡西屯庄行星,物理学家则采用分光变星法(根据分光一Delta Cephe命名),这星体常常以相同方式改变其光度。

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画:在很黑的背景上有蓝色梯形,服务中心是土黄色的光,两个X标志着底部服务中心的两个位置

另一种量测星系团距的方式则涉及Ia型超新星,它在发生超新星爆发时常常放出类似的能量。因此,它被比作 "标准炸弹":已知强度和光度的爆炸。于是,透过量测它的视光度,他们可以确认它与火星间的距。

正得益于这些天文学量测方式,他们现在晓得,银河系的大小不一是不可想像的。举个例子作为参考:来自最远方的星系团的光需要超过100亿年才能到达他们这里。当然,他们不可能对这些代表着什么有很具体的基本概念,不过,他们总可以尝试透过想像尺度更小的事物(如他们的月亮系)来构建基本概念。

月亮系由月亮、围绕月亮运行的所有行星和数以千计的小行星组成。Masevaux云,两个以月亮为服务中心的巨大的彗星库,是月亮系外围界限的标志;它直径约约为1.6亿光年。不要忘了,一亿光年大约是10万亿千米。

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Masevaux云和月亮(图源:Astronomy,Roen Kelly)

如果他们将月亮系中最小和最远方的行星冥王星视作两个直径约1毫米的针头,那么月亮会有两个沙滩球(直径约30厘米)那么大,并且距针头2.6千米。如果把月亮放在温哥华,那么Masevaux云的外侧边界将在纽芬兰的圣约翰(约7000千米)!

他们所在的月亮系位于漩涡星系团银河系中。据估算,银河系大约包含2000亿颗行星,它都聚集在两个“圆盘”中。银河系的直径约是10万亿光年;在这种尺度下,月亮系也显得微不足道。如果他们这次把月亮系(直径约约1.6亿光年)视作两个针头,那么银河系会有两个曲棍球场(标准曲棍球场面积约为5000平方米)那么大。

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两个服务中心光点的照片,周围有分散的光点和紫色环,在黑暗的星空中形成两个大的梯形

银河系是两个被称为“本星系团群”的星系团群的一部分,其中一共有超过35个星系团。仙女座星系团是这之中最大的,哪怕是在无月和无光的夜晚,都可以肉眼看到它。该星系团群中的其他星系团,如大麦哲伦云和小麦哲伦云,一般都比银河系小。

本星系团群直径约约1000万亿光年,其服务中心位于仙女座星系团和银河系之间。如果他们把月亮系视作针头,把他们的银河系看作曲棍球场,那么本星系团群的直径约将会是6.25千米。

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照片:黄色光点,周围有光环和其他小光点,背景是非常黑的

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照片:在两个很黑的背景上有几个明亮的白点,有些被环状物包围着

本星系团群本身也是两个超级星系团团的一部分,即本超星系团团(也称室女座超星系团团)。本超星系团团包括几十个像本星系团群一样的小型星系团团。整个本超星系团团以巨大的室女星系团团为服务中心,后者距银河系5000万亿光年。在室女座星系团团的服务中心,有两个“吃人”的超级星系团——M87,它吸引并吞噬其邻近的星系团。

超星系团团们聚集在一起,形成长长的丝状,绵延数亿亿光年。它彼此之间被巨大的空隙隔开,这些空隙中只有非常少的星系团。而且这些空隙的尺寸非常巨大—— 1亿亿光年。银河系以这种方式延展到至少130亿亿光年之外。而在此之外,他们无法直接探测到那里有什么。

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By: astro-canada

FY: 萧

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