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天之文:宇宙的阶梯(一)

2020-05-09 15:06:38   发布:高全归      点击:

       今天这一开篇,我们先来聊一聊宇宙究竟有多大,让我们从脚下的地球出发吧。

       地球是一个巨大的球体,这是我们在学校里学到的“常识”,这个常识的得来,其实颇不容易。不过,今天我们只谈宇宙的基本结构是什么样子,至于人类是如何知晓这些知识的,其中又有怎样引人入胜的故事,后续篇章将一一道来。
       在下文中,一系列看似枯燥的数字将会扑面而来。不过不用担心,请跟随我们放慢速度,每遇到一个数字,就停下来琢磨体会一番。到了最后,我们就会对这宇宙的空间尺度获得些许感性的认识。
       现在我们要问:脚下的这个球体究竟有多大呢?经过测量,地球的半径约为6371公里。想一想吧,地球上最高的山峰——珠穆朗玛峰,其海拔高度还不到10公里(珠峰海拔8848米,而目前世界最高的建筑——162层的阿联酋迪拜哈里发塔,高度为828米,不到珠峰的十分之一)。对比之下,雄伟的珠穆朗玛峰的尺寸却连地球半径的0.16%都不到。如果把地球半径比作一条百米跑道的话,珠峰相当于跑道尽头伸出的一个手掌。如此巍峨的大山,只是地球表面的一个小小起伏而已。
       这些数字说明了两个问题:第一,地球的形状还是比较光滑和规则的,不会由于表面山峰和海沟的存在而显得凹凸不平;第二,人类的平均身高大约1.6米,不到珠峰的0.02%。若珠峰高度是一条百米跑道,则人好比跑道尽头伸出的一截大拇指。经过这样两重对比后,人站在这巨大的球形地面上就真的是渺小如尘了。因此在远古时代,世界上的所有民族无一例外地认为大地是平的,就不难理解了。要想直接看到大地的弧形地面,即便登上了珠峰极目远眺,恐怕也难以办到。

 

Planetary conjunction over Paranal(图片取自欧洲南方天文台)
上图夜空中,左侧白色圆盘为月亮,右边四颗从下往上依次为火星,木星,水星,金星


        距离地球最近的天体是月亮。满月时,我们凭肉眼可以大致看到月亮上有一些明暗模糊的图案,并因此而联想出了月宫,桂树等等美好传说。想来,月亮应该离我们比较近了。的确,经测量,月亮离地球“只有”38万4千公里,在粗略程度上可取40万公里。地球的直径是1.27万公里。所以,地月之间的这段距离可以填满大约30个地球。
       对人类而言,这个距离已经很大了。不过,旅程才刚刚开始,下面让我们看看太阳。太阳是一个发光发热的巨大“火球”,它离我们太近的话可不妙。所以,我们希望日地距离要比地月距离更远一些。确实如此!今天我们知道,太阳与地球的距离是1亿5千万公里(1.5亿公里)。这段距离可以填满多少个地球呢?大约11900个!不妨设想:如果把整个地球做成一个大灯泡,然后放到距离我们1.5亿公里之遥,那么“地球灯泡”看起来只会是一个小小的亮点。令人惊奇的是,在同样的距离上,太阳竟然不是一个亮点,而是一个十分刺眼的,看起来比月亮还要大的发光圆盘。这只有一种可能:太阳本身必定是十分巨大的——远比地球大得多。
       太阳也是一个球体,它的半径约为70万公里(还记得我们的地球半径吗,0.637万公里)。太阳这个大球体,里面可以容纳130万个地球。太阳也是太阳系中最大的天体,它位居这个系统的中心,以其庞大的体积,霸主级别的质量,统领着整个太阳系的大小天体乖乖地围绕自己旋转。我们前面提到的日地距离:1.5亿公里,这是一个十分重要的数字(不妨记住它),在天文学中,它叫做天文单位,英文缩写是AU。当我们讨论太阳系里其他天体的距离时,往往用天文单位AU衡量比较方便。如果从太阳到地球连一根线段,其长度就是一个天文单位(1AU),纵然太阳那么大,但是在这1AU面前,它也只是和地球一样,变成这条线段的小小端点。在天文学中,谈论大和小时,要看和谁比。
       太阳系这个王国中,除了“国王”太阳之外,其余天体均是王国的“臣民”。巨大的太阳每时每刻都发出耀眼的光芒,天文学家把自己发光的天体叫做“恒星”。在恒星周围,有一系列天体围绕着它旋转,这些天体叫做“行星”,某些行星周围,还有一些更小的“卫星”围绕它们旋转。行星和卫星都不发光,它们只能反射恒星的光芒。
       距离太阳最近的行星不是地球,而是水星(约0.35AU),其次是金星(0.725AU)。地球排名第三位(1AU),再往外就是著名的火星(1.25AU)。在太阳系中,水星,金星,地球,火星这四颗行星体积都比较小,处于太阳系的内圈,靠近太阳,能够充分接受到“国王”发出的光芒和热量。四者当中,水星和金星都是孤零零的,没有卫星。地球拥有一颗卫星,那就是月亮。火星拥有两颗卫星:火卫一和火卫二。
       从火星继续往外旅行,我们将遇到四颗迥然不同的大行星:木星,土星,天王星,海王星。这四颗行星处于太阳系王国的外围区域,距离太阳更远。它们不仅体积更大,也拥有更多的卫星。据天文学家在2018年观测的数据,木星拥有多达79颗卫星,土星次之,拥有62颗卫星。天王星和海王星也拥有不少。这样多的卫星数量,使得木星和土星成为了太阳王国中名副其实的“割据王国”,好比太阳系的缩小版,自成一个小世界。地球和它们比起来就相形见绌了。



八大行星与太阳的大小对比(行星与太阳的距离并未按实际比例画出)

 
       我们一路飞过八大行星,来到海王星这里时,已经距离太阳十分遥远了。不过,许多人依稀记得,多年前的太阳系似乎还有第九颗行星:冥王星,它比海王星更加遥远,身处一个漆黑而严寒的世界。在冥王星上遥望太阳,只能看到一个暗淡的光点。到了这里,我们已经接近太阳系王国的边界了(许多天文学家认为太阳系终结于比冥王星更加遥远得多的“奥尔特云”,这里我们先按下不表)。据观测,冥王星距离太阳约40个天文单位(40AU)——相当于59亿公里。这距离是如此之远,以至于我每次想到它时,最先感受到的总是孤寂与苍凉。冥王星,这个以古希腊神话中的地府冥王哈得斯命名的岩石星球,在太阳系里似乎也像一座庄严而寒冷的墓碑,守望着王国的边境(更别提,冥王星后来被降级,从普通行星变成了低一等级的“矮行星”,更显其“悲剧色彩”。关于这个故事,我们将来也要聊一聊)。
       到此,我们完成了太阳系的巡礼,收获良多。不过,太阳系只是我们的热身场所,真正的探险才刚刚启程。下一篇,我们将从太阳系出发,一直旅行,直到宇宙的边缘。(文/马驹)


August 2012 - Voyager 1 Left the Solar System (图片取自NASA)

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