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宇宙到底有多大?超乎我們的想象!

2024-10-25科學

長久以來,宇宙的邊界一直是天文學家面臨的不解之謎。在人類文明的早期階段,人們對於地球與月亮、太陽以及其他星球之間的距離進行了不懈的探索。

隨著歲月的流轉,天文學家們逐步認識到,宇宙的廣袤遠超我們的想象,與古希臘人所認為的,群星固定於較近的天穹之中的觀點截然不同。現代天文學家已明了,宇宙的宏大無邊無際。

在公元前3世紀,古希臘的學者阿裏斯塔克斯試圖透過測量弦月時月球與太陽的夾角,來探尋地球與月球以及地球與太陽之間的距離關系。由於當時的測量技術尚不發達,其結論是地日之間的距離僅為地月距離的20倍,而事實上這一距離實為400倍。盡管如此,在當時,這一成果仍舊被認為是革命性的,它首次提出了太陽比人們想象的更為龐大和遙遠的觀點。

繼阿裏斯塔克斯之後的幾十年裏,喜帕恰斯這位古希臘天文學家透過計算月食發生時,月亮透過地球的影子所需的時間,成功推斷出地月之間的距離,誤差控制在10%以內。而在這之前,埃拉托斯特尼曾估算地球的直徑約為42 000km(實際為40 000km),這一數據為喜帕恰斯的計算提供了寶貴的支持。

到了公元140年,克羅狄斯·托勒密這位希臘天文學家,提出了首個準確的天文計算方法。他從幾何學的簡單原理出發,解釋了利用視差來計算地球與其他天體間距離的原理。

然而,直到近兩個世紀之後,各種精密的天文觀測器材才逐漸完善,使得視差的觀測精度大大提高。1672年,意大利裔的法國天文學家讓-杜明歷·卡西尼和他的同事讓·裏歇爾,在巴黎和法屬圭亞那同時對火星進行觀測,精確地確定了日地的平均距離,即現今我們所知的一個「天文單位」。

首個測量除太陽外其他恒星與地球之間距離的科學家,是德國的佛烈德利赫·貝茲。他在1838年成功推算出,天鵝座61星距離我們11光年。

今天,天文學家運用多種方法來測量宇宙中的距離。在銀河系內部的測量通常使用視差法的衍生技術。對於銀河系以外的觀測,則會依賴於不同種類的造父變星——一種亮度極高的恒星,其亮度會周期性變化。

此外,1a型超新星也是一種測量銀河系大小的手段。這類恒星在爆炸時會釋放出相同數量的能量,透過比較其可觀測亮度與已知的「常規超新星爆炸」強度與亮度,便可推算出距離。

承蒙這些先進的天文觀測技術,我們得知,至今宇宙的規模仍舊超乎我們的想象。例如,目前已知的最遙遠星系發出的光需要100億年才能抵達地球。這個數碼對我們來說太過龐大,難以直觀理解。但如果我們嘗試將類似的尺度套用到較小的體系上,比如太陽系,或特許以幫助我們理解100億光年的概念。

太陽系由太陽和圍繞它的行星以及無數小天體構成,而奧爾特星雲則標誌著太陽系的邊緣,寬達1.6光年,並充滿了彗星。而一光年,據我們所知,約等於十萬億公裏。

如果我們將冥王星,太陽系中最遠最小的天體,比作一個直徑1毫米的針尖,那麽太陽就相當於兩個沙灘球(每個直徑30厘米),並且距離針尖有2.6公裏遠。如果將這兩個沙灘球放在溫哥華,那麽奧爾特星雲將位於聖約翰(加拿大)。

我們的太陽系位於銀河系的一條旋臂上,這是一個包含大約2000億顆恒星的碟狀星系。銀河系的直徑大約為10萬光年,與之相比,太陽系幾乎微不足道。如果繼續將太陽系比作一個大頭針的話,那麽銀河系就相當於一個冰球場。

銀河系以及其他類似的星系共同組成了本星系群,其中包括35個已知成員。在無月光汙染的夜晚,我們肉眼可見的仙女座星系便是其中之一。而大小麥哲倫星雲等其他星系,則相對較小。

本星系群的直徑約有1000萬光年,它的中心位於仙女座和銀河系之間。如果我們還以大頭針和冰球場來比喻太陽系和銀河系,那麽本星系群的直徑將是6.25km。

本星系群又隸屬於一個更大的結構,即本超星系團,它由數十個與本星系群相似的星系團構成。位於室女座超星系團中心的超大質素星系M87,因其持續吞並鄰近星系,使得室女座超星系團位於本超星系團的中心,並距離銀河系約5000萬光年。

超星系團之間由廣闊的虛空以及少數星系組成了絲狀結構,它們相隔至少1000萬光年,跨度可達數千萬光年。正是這些無垠的虛空,構成了我們所能觀察到的宇宙,至少有130億光年直徑。

然而,我們的認知也僅止於此,超出這一邊界,我們無法再觀測到任何東西。