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每秒600公里!地球在宇宙中疾驰,目标:1.47亿光年外的巨引源

2024-07-02科学

在辽阔的宇宙空间中,地球的运动路径要比我们平常想象的还要复杂。天文学家们发现,位于远达1.47亿光年的宇宙深处,存在一种强大的力量正吸引着包括地球在内的银河系急速前行,速度高达每秒600公里,这是如何造成的呢?

谈到地球的运动,大家最熟知的是地球的自转。地球每秒在赤道附近旋转465米,一天则旋转约4万公里。纬度越高,线速度逐渐减慢,直至南北极点速度为零。尽管自转速度在不同纬度有差异,但地球在24小时内完成一圈的角速度是相同的。地球的自转带来了日出日落及日夜更替的现象。

此外,地球在离太阳1.5亿公里的距离上,沿着近似圆形的轨道以每秒30公里的速度绕太阳旋转,这一速度远快于地球自转的速度。地球每转一圈的公转距离为9.4亿公里,一圈即为一年。

值得注意的是,我们通常说的地球绕太阳的公转是以太阳为参照物,这样公转轨道看似一个闭合的圆。但是,太阳和整个太阳系其实也在宇宙空间中运动,因此地球的公转轨道实际上并非完全闭合。

我们夜空中可见的大多数星星都是恒星,银河系包括太阳在内的千亿颗恒星和星云构成了一个盘状结构,直径约为10万光年,约为95亿亿公里。

银河系中所有天体的引力相互作用,形成了银河中心,距太阳系约2.66万光年。这里有一个质量是太阳430万倍的超大质量黑洞,其周围恒星密度极高,使银河中心非常亮。银河系内的恒星都在这个引力中心的影响下围绕它旋转。

因此,如果以银河中心为参照物,地球在绕太阳公转的同时,太阳也正将地球带领着在银河系中穿梭,使得地球的运动轨迹呈现为一个螺旋形。

太阳系在银河系中向哪个方向前进,速度又是多少呢?

地球绕太阳的公转轨道面——黄道面,和银河系的盘面——银道面不同,二者之间大约倾斜了60度。据估计,太阳带着地球等太阳系天体,以每秒236公里的速度在银盘中前行,每2.12亿年绕银河中心转一圈,这一周期被称为银河年。

对于生命来说,银河年是非常漫长的时间单位。在上一个银河年,地球处于三叠纪晚期,那时人类尚未出现,恐龙和哺乳动物开始主宰地球,地球的陆地还是连成一块的盘古超大陆。从地球形成到现在,大约经过了21个银河年。

有意思的是,太阳系在银河系中的运动轨道并非完全是平面的。实际上,太阳系在银道面上下100光年的范围内上下摆动,周期约为6400万年,因此每3200万年太阳系就会穿越银道面一次。

从更广阔的宇宙视角来看,银河系并非静止不动。首先,银河系是本星系群的一部分,围绕本星系群的共同引力中心旋转。同样,本星系群是室女座星系团的一部分,而室女座星系团则是室女座超星系团的一部分,这些结构都围绕着某个共同的引力中心旋转。

更进一步的观测显示,包括银河系在内的10万个星系构成了一个更大的结构——拉尼亚凯亚超星系团,其直径估计为5.2亿光年。在这个庞大的星系团中,有一个引力异常的区域,被称为巨引源,正吸引着所有星系向这个引力深渊移动。

据估计,这个引力异常区域汇聚了3亿亿倍太阳质量的物质,距离地球1.47亿光年。根据宇宙微波背景的偶极数据,由于巨引源的强大引力影响,银河系带着地球正以每秒600公里的速度朝它飞去。

按此计算,银河系将在734亿年后被吸入巨引源。到那时,太阳将停止核聚变反应,变成一颗白矮星,并逐渐冷却消失在宇宙中。

如果将参照系定在更遥远的宇宙,银河系的退行速度甚至可以超过光速。宇宙的空间结构在不断均匀膨胀,导致远距离星系之间的相对速度与距离成正比,这就是哈勃定律:

v=H·D

其中,比例系数H是哈勃常数。

根据哈勃定律,如果距离足够远,星系间的退行速度可以超过光速。按照当前的哈勃常数(68.3(km/s)/Mpc)计算,相对于143亿光年外的星系,银河系的退行速度达到了光速。而相对于465亿光年外的可观测宇宙边缘,银河系的退行速度高达每秒97.4万公里,这相当于光速的3.25倍,远超过光速。

然而,这并不意味着违反了相对论的光速限制,因为星系的超光速退行现象是由宇宙空间本身的膨胀引起的,而星系本身相对于宇宙背景辐射的运动速度远未达到光速。