现在呀,因为人类科技进步啦,咱人类已经走出地球啦。等走出地球后才晓得,地球可不是个平面呢,而是个球体哟。在宇宙里呀,大部分天体都是球体呢,咱地球可不是唯一的世界哦,它只是太阳系里的一颗行星罢了。太阳系里一共有八大行星呢,分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。在太阳系中,太阳的质量那是最大的,占了总质量的百分之 99.86 呢,剩下的八大行星和其他物质只占太阳系总质量的百分之 0.14 。从占比就能看出太阳质量超大啦。人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生起就开始不停研究和探索世界的奥秘啦。现在人类对世界已经有大概的认知啦。其实宇宙可不是我们看到的那样哦,宇宙中的天体每时每刻都在不停地变呢。小时候呢,我们可喜欢抬头看夜空中的星星啦。
好多人觉得,夜空中的星星是不会变的,不管过了多少年,星星还在那个地方呢。要是这样的话,那我们和古人看到的星星就一样啦。可真相到底是不是跟我们想的一样呢?科学家研究后发现,从地球上看到的星空,其实一直都在变,不过放到宇宙空间尺度上,它们自身变化很慢,在几千年的时间尺度里,对这些星体来说,就跟人类感知中的几秒钟似的,所以在这么短的时间尺度内,从地球上看到的星体基本上没啥变化,也就是说我们现在看到的星星和古人看到的星星基本是一样的,不过在位置上有一点儿变化,只是我们很难看出它们位置的变化,这是因为太空中的星星,除了太阳系里的天体,其他的都是以光年计算距离的恒星,离我们最近的恒星都有 4.3 光年,远的有 7500 光年,这些都是用肉眼能看见的。
大多数恒星离我们大概 100 光年呢,这些恒星跟咱太阳一样,一直在运动,其实都是围绕着银河系中心转呢,它们运行速度有大有小,大概都在几百公里每秒吧,但不是说全是相对运动,基本都跟太阳系一样朝着银河系中心同向公转,所以这种移动相对位移不会太大,就算是跟太阳完全相对运动,从距离上看比例也很小啦。就像咱按太阳移动速度算,每秒约 250 公里,一年就是 79 万公里,1000 年移动了 7.9 万亿公里,1 光年距离大概是 9.46 万亿光年,太阳 1000 年移动距离才 0.83 光年,离我们最近的半人马 a 星大概 4.3 光年呢,要是 1000 年移动了 0.83 光年,那就是移动了我们之间距离的五分之一啦。
不过咱在地球上用肉眼瞅着不是特别明显哈。在太阳系里,因为距离近,所以在地球上能感受到它们相对的变化。那离地球特别远的天体呢,虽然也有变化,但在咱看来几乎没啥变化。距离越远,感受到的位置变化就越弱,直到远到咱根本感觉不出来。咱举个简单例子,就像一个人拿着开着光的手电筒,在距离你 10 米远的地方左右移动,你能清楚看到光的变化;要是在 50 米远的地方,看到的移动幅度就很小;要是 1000 米以上,基本上就看不到移动幅度啦。这就跟咱在地球上看星星的变换一个样,除非把时间轴拉长,比如几万年或者几亿年,天上星星的位置和现在天上星星的位置可能就会有点变化。科学家把这叫岁差。
岁差呢,就是因为地球自转轴的空间指向以及黄道平面有长期变化,才导致了春分点移动这种现象。地球自转轴在日、月、行星的引力作用下,每 26000 年能绕黄道轴转一圈,这就是岁差啦。因为地轴绕转,春分点(冬至点也一样)每年沿着黄道往西退行大概 50.2 呢,这就叫岁差现象。公元前 2 世纪的时候,古希腊天文学家喜帕恰斯最先发现了岁差现象,他说春分点每 100 年往西移 1 度。公元 4 世纪,咱中国晋代的天文学家虞喜,根据冬至日黄昏时中星的古今变化,也独自发现了这一现象。岁差的原因让天极不能固定在某个恒星位置上,而是在天球上沿着一个小圆绕着黄极慢慢移动,这个小圆的半径是黄赤交角 23°.5,大概 26000 年移动一圈。现在的北天极在小熊座α星那位置,也就是咱常说的北极星,公元前 3000 年北极星是天龙座α,下一个北极星在公元 14000 年将由织女星接替。
不过呢,宇宙中星体变化的时间尺度那可是很大的,所以人类根本就感觉不到。还有啊,地球自身运转改变的时间尺度也很大,我们同样也察觉不到。除了这些,我们看到的星空可不是现在的星空,而是过去的星空哦。看到这儿,相信好多人都会觉得很不可思议呢,为啥会出现这种情况呀?要想解答这个问题,还得从光速说起。据科学家研究得出,现在人类知道的最快飞行速度就是光速啦,光速大概是每秒 30 万公里呢。以前人类一直觉得光速传播是不需要时间的,可后来那个著名的物理学家伽利略意识到光速是有限的,还对光速进行了测量呢。他和他的助手爬上两座山做实验,原理很简单,助手拿着一盏超亮的灯,用木板挡住,然后移开木板露出灯光,伽利略就计算助手移开木板和自己看到灯光的时间差,用距离除以时间就得到光速啦。
这个实验最后算出来的结果误差可大啦,毕竟光速传播那速度老快了,人类的反应速度根本就不知道光速传过来得用多长时间。后来在 1728 年,科学家詹姆斯·布雷德通过光行差算出光速大概是每秒 29.8 万千米,这个光速数值跟现在的差不多。因为光速传播是有限的嘛,所以光传播到地球上得需要一定时间,像太阳光传播到地球上得 8 分钟左右呢,也就是说我们现在看到的光子其实是 8 分钟之前发出来的。在科学界,太阳到地球的距离被叫做一个天文单位,这个单位叫光分,一个天文单位就是一段距离的意思。当宇宙里的一段距离达到 63420 个天文单位时,这段距离就相当于光在一年里走过的距离,这就是光年,简单讲就是 63240 个光分等于一光年。
光速对人类而言那速度可老快了。现在人类发射的最快探测器是帕克号太阳探测器,它飞行速度超过每秒 95 千米,最快能到每秒 200 千米,不过就只能保持一小会儿,可这依然是人类到现在航天器速度的顶儿尖儿了。但跟光速比起来,那可差老鼻子远了。2018 年的时候,科学家在巴纳德星的 0.35 个天文单位那儿发现了一颗超级地球,给它起名叫巴纳德星 b,它质量大概是地球的 3.2 倍,公转周期大约 233 天。要是按照帕克号探测器的速度算,得 9000 年才能到那颗星球上。现在人类连太阳系都飞不出去呢,更别提飞到别的星球啦。46 年前,科学家向太阳系外发射了旅行者 1 号和 2 号探测器,发射这俩探测器主要就是想让它们飞出太阳系,去探索太阳系外面的奥秘,可这么多年过去了,这俩探测器还没完全飞出太阳系呢。
科学家一算啊,照着它们那飞行速度,要完全飞出太阳系,起码得一万多年呢,对咱人类来说,一万多年那可太长啦,所以人类要想飞出太阳系,还得想别的法子。咱这太阳系只是银河系里的一个小星系,银河系直径有 20 万光年呢,对咱人类那就是天文数字啊。因为宇宙空间太大啦,光传播速度又有限,所以咱现在看到的夜空其实是以前的样子,不光是夜空,咱看到的所有探索拍摄回来的图像,其实都是它们以前的样子。就像前段时间,韦伯太空望远镜拍的创生之柱,这詹姆斯·韦伯太空望远镜是用美国国家航天局第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名的。这个大望远镜从 1996 年就开始筹备啦,原本计划 2007 年发射升空去做观测任务,预算 5 亿美金呢。
当时出了些问题呢,到 2005 年重新设计后才发射成功。韦伯望远镜升空后的主要目的有 4 个:一是观测宇宙大爆炸后宇宙中首批恒星和星系的信号;二是研究星系的起源与演化;三是研究恒星和行星系统的起源;四是研究行星系统和生命起源。科学家借助韦伯太空望远镜,能对宇宙有更深入的了解。2022 年 10 月,韦伯望远镜拍摄到了创生之柱,从照片细节能看出韦伯望远镜在红外波段的观测能力比哈勃望远镜强多了。创生之柱是鹰状星云的一部分,科学家研究发现,照片中几个很高的柱子约 10 光年,光年是距离单位,1 光年相当于光速飞一年,光速约每秒 30 万千米,10 光年就相当于光速飞 10 年,这距离超出了人类想象,就在这个创生之柱里。
它已经孕育出了好多恒星和别的天体啦,可这是 6500 万年前它的模样呢。现在那创生之柱到底啥样呀,科学家现在也不清楚。说不定现在创生之柱已经没啦,因为好多大质量恒星都超新星爆炸啦,把创生之柱给冲散啦。要是想看到创生之柱被冲散的场景,还得等 6500 万年呢。说创生之柱有点远啦,就拿咱身边的天体说吧,月球离地球最近,可咱看到的月球景象也是 1.2 秒之后的啦。从这道理咱能知道,光子带着的景象得经过一段时间才能到地球,离地球越远的光子,到地球的时间就越长。按这道理看哈,如果人类飞行速度能超光速,那就能看到 2000 多年前秦始皇登基的景象啦。
要实现超光速飞行那可太难啦,咱人类的飞行速度跟光速比起来那差得远着呢。其实咱看到的夜空都是过去的样子哦,除了光在宇宙中传播速度有限这事儿,还有个超重要的原因呢,那就是咱们的宇宙一直在膨胀。20 世纪初的时候,爱因斯坦提出了静态宇宙模型,这模型说宇宙是永恒不变的存在,可这跟现代宇宙学的观测结果不对劲儿啊。不过这理论也启发了科学家研究黑洞,因为它暗示着一个星系里可能有个黑洞,能像宇宙的引力中心一样掌控着整个星系的运动。爱因斯坦把宇宙理解为静态的原因呢,其实不是完全照着他自己的广义相对论来的,而是跟着前人的观点,觉得宇宙的存在肯定得是静态的。
当年爱因斯坦为使宇宙成静态,在方程里加了个修正项,这修正项叫宇宙项。加了修正项后,他的爱因斯坦场方程算出的宇宙成了静态宇宙。可后来天文学家勒梅特通过这方程算出宇宙膨胀,还最先提出宇宙大爆炸学说。不过真正提出宇宙膨胀的是美国物理学家爱德温·哈勃。20 世纪初,爱德温·哈勃发现星系光谱有红移现象,这些现象表明星系在远离我们,他就断定我们的宇宙在膨胀。当年在德国的爱因斯坦听到这个消息后,立马跑去美国亲自确认了这事实。1929 年,哈勃发表了具有里程碑意义的论文,描述了他发现的初步结果:星系的红移随距离增加显著增加。
所有的星系都在持续地远离咱呢,这观测结果暗示着可观测宇宙的体积在变大,这就是哈勃定律。借着这个定律咱能晓得,星系的移动速度跟它们到地球的距离是成正比例的,这一发现表明宇宙是在膨胀的,可不是静止不动的。依据现在的光速和宇宙膨胀的速率,科学家觉得距离地球 180 亿光年外的所有星系,远离地球的速度都超过光速啦,除了咱看不到那些星系现在啥样儿,以后人类文明也永远没法儿到达那些星系啦,因为它们在超光速地远离咱呢,现在人类能观测到的宇宙直径有 930 亿光年,这就意味着在可观测范围内的 2 万亿个星系中,最少有 1.8 万亿个星系已经跟人类没啥关系啦,星系因为超光速膨胀就像被分隔成了一座座孤岛,每个孤岛上的文明都没法跟其他文明联系上。
另外,宇宙膨胀的理论把夜空为何是黑色给解释了。大家有没有想过,为啥我们的夜空是黑色的呢?看到这儿,可能好多朋友会说,这是因为地球在自转和公转。地球自转能形成昼夜交替,公转能产生四季。当地球对着太阳时,这一面是白天,另一面是夜晚。这个问题看似挺好解释,但著名科学家奥柏斯针对夜空为何是黑色提出了自己的看法。他觉得要是我们的宇宙是静态的,那我们的夜空不该是黑色,而应该是明亮的。因为太空中的星星其实都是离我们很远的恒星,恒星能自己发光发热,光在宇宙中的传播速度大概是每秒 30 万公里,这个速度很快。即便这些恒星离我们很远,经过漫长时间,光也能到达地球。
要是这些光都能照到地球上,那地球上夜晚就不该是黑的,得是亮的呀,毕竟不管地球正对着太阳还是别的,其他恒星的光都能让地球变亮,这就意味着地球没有夜晚这说法。可实际上夜晚确实存在呢。为了解释这个事儿,奥柏斯还专门做了解释,他觉得光在宇宙中传播时,可能被星际尘埃挡住了,所以其他恒星的光子没传到地球上。但光能折射和反射呀,如果光被星际尘埃挡住了,那我们就该看到光的折射现象,可在宇宙中没出现这种情况,这说明光不是被宇宙尘埃挡住的。后来哈勃提出宇宙膨胀理论后,这个问题就完美解决啦,因为宇宙膨胀速度比光速快,所以其他恒星发射的光子到不了地球,地球就只能接收到太阳光的照射,所以地球夜晚就是黑的。
宇宙膨胀对人类而言可不是啥好事儿呀。一开始呢,宇宙膨胀就让人类没法找到宇宙的边缘啦。自从人类走出地球后,就一直想知道宇宙的边缘在哪儿呢?可这么多年过去了,科学家也没发现宇宙的边缘。而且要是宇宙一直膨胀下去,宇宙中天体的距离就会越来越远,最后所有的星系都会失去联系,人类文明也得被困死在太阳系里。要是宇宙一直膨胀,那最终会迎来大撕裂的结局呢,大撕裂就是说宇宙中所有的物质都会被撕裂,像天体、原子、分子、夸克之类的。按照大撕裂的结局来看,宇宙终结的时间恐怕连 500 亿年都撑不到呢——在大裂变前 10 亿年,所有的星系都会离我们特别特别远,就跟在空间里被蒸发了一样,再也看不见啦。
大裂变之前的 6000 万年,银河系就已经分崩离析啦。
大裂变前的 3 个月,咱太阳系的那些行星都飞走啦(要是它们还在的话);
当地球爆炸的那一刻,最后的时刻也就随之而来啦。
——当最后 30 分钟到了的时候,原子还有原子核都得崩开啦;
——时间停住啦。那之后会咋样呢?宇宙会再次循环聚拢吗?所有的事情都没法儿知道啦。
关于宇宙的最终走向,现今在科学界存在好多说法呢。不过从目前的情况来看,大撕裂的可能性相对较大。宇宙会一直膨胀,科学家觉得这跟暗物质有关哦。暗物质在宇宙中特别神秘,我们既看不见也摸不着它,可它能释放出一种超强的能量,这种能量被称作暗能量呢。这种能量能推动宇宙不断地膨胀。科学家认为,在星系之间物质更稀薄的环境里,暗物质的作用会比引力还大,从而让宇宙加速膨胀。科学家觉得呀,如果把星系之间没有物质的真空地带,把这个区域的辐射、微小粒子等都抽走,那这个区域就只剩暗能量啦。暗能量真正出现的时间是 1998 年,当时科学家观测了遥远星系中爆炸的超新星,发现它们的亮度比预想的要暗,这就意味着它们在远离我们呢。
科学家觉得这跟暗能量有关联啦,为找寻暗能量,科学家们可没少使劲儿呢,他们建了好多地下实验室,就是为了捕捉暗物质和暗能量。不过这么多年都过去了,科学家始终没发现暗物质和暗能量,这就说明暗物质和暗能量比咱想的还神秘呢。暗能量不光能推动宇宙一直膨胀,还能控制天体运行呢,就像一些星系边缘的天体那样。拿咱的银河系来说,在银河系的中心区域有一颗超大质量的黑洞,这黑洞的引力可老强了,能把周围的天体吸过来围着它转。按理讲啊,离银河系中心黑洞越近的天体,受引力影响越大,离得越远的天体,受引力影响越小,受的离心力就越大。要是这么看的话,那银河系边缘的天体按理说应该被离心力给甩出去才对。
这么多年啦,银河系边缘的那些天体一直稳稳地围绕着银河系中心转呢,没准儿这就是暗能量在起作用呀,虽然这只是科学家的一种猜测,但还挺有道理的呢。现在科学家也在使劲儿研究暗物质和暗能量的秘密呢。我觉得哈,人类可是地球上最有智慧的生命啦,人类的科技一直在进步呢,只要人类能一直坚持努力下去,以后随着科技的进步,人类肯定能解开宇宙里所有的奥秘。我希望人类能早点儿实现自己的梦想,在宇宙中长久地发展下去。大家对这事儿有啥想说的不?