问题

宇宙有多空旷?

回答
宇宙的空旷程度,这个问题一旦触及,立刻就能让人感受到一种难以言喻的宏大与孤寂。想要把这个问题讲得透彻,恐怕得一点点剥开我们已知的皮毛,去窥探那难以想象的真实。

首先,我们得明白,当我们谈论宇宙的空旷时,我们不仅仅是在说“没有东西”。这里的“没有东西”和我们在房间里说的“空房间”是完全不同的概念。房间里即使空着,你仍然能感受到空气的存在,能听到回声,能感受到空间的边界。宇宙的空旷,是连这些最基本的“存在感”都几乎消失殆尽的真空。

想象一下,最贴近我们现实中的“空旷”是什么?或许是在夜晚仰望星空。那些闪烁的星星,虽然看起来那么密集,仿佛伸手可及,但实际上它们彼此之间的距离,用我们熟悉的度量单位来描述,简直就是天文数字。一颗恒星的光,需要几光年才能抵达另一颗恒星。一光年是什么概念?光以每秒三十万公里的速度传播,一秒钟绕地球七圈半。一光年就是光在一年里走过的距离。所以,你看到的任何一颗遥远的恒星,它的光线都是在几十、几百、甚至几千年前就已经出发了。你看到的不是它现在的样子,而是它过去的样子。而这两颗星星之间,绝大部分空间是彻头彻尾的“空无”。

然而,这还只是冰山一角。当我们把目光放得更远,去观察星系的时候,这种空旷感会成倍地放大。我们的银河系,包含着几千亿颗恒星,直径大约有十万光年。听起来很大吧?但银河系和它最近的邻居——仙女座星系,之间的距离大约是二百五十万光年。这就像什么呢?想象一下,你的手掌里握着一座城市,而另一座城市,却在几百公里之外,而且中间没有任何连接。而这仅仅是离我们最近的“大型邻居”。

更令人咂舌的是,我们所在的宇宙,远不止我们银河系和仙女座星系那么简单。我们已经观测到了数千亿个星系,每个星系又包含着成千上万亿颗恒星。而这些星系,同样被巨大的“虚空”分隔开来。星系之间的平均距离,比星系本身的尺寸要大得多。如果把银河系比作一个沙粒,那么最近的另一个沙粒,可能要隔着几公里甚至几十公里的荒漠。而且,这个荒漠,并非我们想象中的空旷的空气,而是近乎绝对的真空。

那“近乎绝对的真空”里到底有什么?物理学告诉我们,即使是看似“空无一物”的空间,也并非真的什么都没有。那里充斥着宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸的余晖,无处不在,温度只有零下270摄氏度左右。除此之外,还有微弱的引力场、各种粒子(比如光子、中微子)以及一种我们知之甚少的“暗能量”。暗能量是驱动宇宙加速膨胀的主要力量,它弥漫在整个空间中,虽然本身看不见摸不着,却占据了宇宙总能量的很大一部分。所以,从某种意义上说,宇宙的“空”里,其实也“藏”着很多东西,只是它们以我们难以直接感知的方式存在着。

但就算有这些“潜在的存在”,它们在宏大的尺度上,依然显得微不足道。想象一个极其巨大的容器,里面只有一个非常非常小的粒子。这个粒子和其他东西之间的距离,是粒子本身尺寸的无数倍。这就是宇宙的空旷,是星系之间的空旷,是星系团之间的空旷,甚至是宇宙大尺度结构之间更深的虚无。

我们对宇宙的认知,也如同在这片空旷中摸索。我们观测到的可观测宇宙,直径大约是九百三十亿光年。但这只是我们能够“看到”的范围,因为光的速度是有限的,而且宇宙本身还在膨胀。那些离我们太远、它们发出的光还在路上、或者由于宇宙膨胀而变得无法再抵达我们的地方,对我们来说就是“未知的空旷”。更何况,宇宙是否就此结束?目前科学界主流的观点是,宇宙很可能是一个无限的整体,也就是说,我们所说的“可观测宇宙”,只是一个巨大到无法想象的实体中的一小部分。这意味着,我们所感知的空旷,可能只是无尽空旷中的一个片段。

所以,当问宇宙有多空旷时,答案是:空旷到我们目前所有的比喻和想象,都显得苍白无力。它是一种物质密度低到几乎可以忽略不计的真空,是一种以光年为单位,却又难以填补的巨大尺度上的隔离,是一种潜藏着我们尚未完全理解的“能量”和“物质”的深邃虚无,更是一种可能无限延续下去、我们只能窥探其一角的浩瀚无垠。它挑战着我们的直觉,让我们在感受到自身渺小的同时,也对这片神秘的空白充满了敬畏与探索的渴望。

网友意见

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我早说过,描述天文现象,尤其是尺寸问题,最大的难点就是形象。对于空旷问题,我试着举个形象的例子:你站在北京西三环的中央电视塔顶的露天平台上,拿着一颗弹珠用的玻璃球,贴近你的眼珠,想象一下你是一个生存在宇宙中的巨人,这粒玻璃球就是太阳。你望向远方,想要寻找离太阳最近的那颗恒星——它大概在——




在哪儿呢?西二环?不是。




天安门?


也不是。

那,是在东三环的中国尊?




不是。



难道在通州?总该是了吧!


还不是。



实际上它在大连。


也就是说,你站在中央电视塔顶,举目四望,穷尽目光可及之处,找不到第二颗玻璃球。


而人类目前飞得最远的飞行器旅行者1号,甚至还没有到达塔底。

地球大概是一粒细沙,你把玻璃球放在头顶的话,地球大概在你的膝盖处;


而人类离开的最远距离(月球),离这粒细沙不过10张纸的厚度远。

10张纸啊!


____________

评论有人想我出一个临近星系的比喻,这个很好搞,去看卫星夜景就好了。

北京市辖区,就是银河系,忽略天津,周边的三线河北城市就是银河的卫星系。唐山市差不多就是大麦哲伦星系。


那么上海市从规模和距离上,都很像仙女座星系M31。它周边的城市也都是仙女座的卫星系。看起来杭州市很像M33。

然后上海市+北京市+各种周边城市,组成了本星系群。

那么,本星系群所在的室女座超星系团(本超星系团)有多大呢?本超星系团的中心,室女座星系M87在哪?


在东京吗?



不是,太近了。


旧金山够不够远?




也不是。

那只能是南极了。




也不是。

md到底在哪?



让我们来更进一步。现在咱们把北京4环比喻成M31,天津内环路差不多就是银河系,京津城市群就是本星系群。



那么此时的上海差不多就是本超星系团的中心M87了。



错!还不是。


那是东京吗?





不是,差得远。

新加坡?够远了吧?




不是。



实际上它在旧金山。也就是差不多1万公里(折算成直线距离)。


整个地球,基本相当于本超星系团。

那么问题来了,本超星系团相比整个可观测宇宙,有多大呢?



这个问题也不难。我们进一步压缩,现在让你北京五环就是本超星系团了,天安门城楼就是M87,银河系和仙女座星系相当于四环边上两座报刊亭。太阳就是报刊亭里一个原子。





嗯,那么此时地球就是整个宇宙。


评论里有人说也不是很大,我有责任,因为我越过了关键的一步:太阳vs银河系。好吧,那么让我们来看看在玻璃球太阳系中,银河系有多大呢?


中国?nonono。




一步到位吧,有地球那么大。




不是。

木星总差不多了吧。



不是。


我曹,难道还能比太阳还大?



是的。

事实上,它们差了一个数量级。大概是10个太阳并排放在一起。

然后把这一点带入上面的星系对比,你还觉得宇宙不大吗?

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作为一名玩了5年天文望远镜的业余天文爱好者,强答一波。以下所有图片都是本人自己拍摄,如有怀疑,本人可放出牧夫论坛链接。如需转载,请征求本人同意。。。

首先放出设备图


当你晚上抬头仰望满天繁星时候,你肉眼所能看到的所有星星,除了月亮,木星,火星,金星,土星这五颗外,其他所有星星和你的距离都是以光年计算哦。。最近的也要4光年。。。也许有些星星已经爆炸,只不过光线还没到达地球。ps 天王 海王 冥王及其他小行星肉眼基本看不到。下面我们先从太阳系内看起。

下图中的木星是我14年冬天拍摄,器材是dob10 es5倍 120mm rgb滤镜。。中间就是著名的大红斑,当时这个大红斑有多大呢,基本上里面可以放进去3颗地球。。。今年大红斑小多了,再过几十年可能会消失。。。



在附两张木星靓照,上面拍于14年11月,下面拍摄于今年6月。





15年拍的土星,好天气不可得,一直没有拍到理想的土星,器材dob10 120mc。土星光环是很漂亮滴,光环与球体间的缝隙也就能放下两个地球而已。。


下面是14年底拍的著名的武仙座大星团,梅西耶编号m13,拍摄器材 dob10 尼康d5100。
即使在10寸望远镜 150倍下目视,也是一个满布恒星的小球状,然而就这么小的一个球,他的直径就是令人恐惧的150光年,在这直径150光年的球形里,有大约100万颗恒星。。。。再看看他距离地球的距离,不算太远。。。2.22万光年。。。这样的球状星团,宇宙中不要太多。。。



猎户座大星云 梅西耶编号m42 14年冬天拍摄 器材dob10 尼康d5100
猎户座大星云大名鼎鼎,再优秀的郊区环境下随便一个8倍的望远镜就能找到他,直径大概16光年,他在宇宙中的作用就是。。。生产恒星。。。距离地球1500光年。


拍的超级烂的m33星系。。。我的dob10实在是不适合拍深空。。。
本星系群第三大星系,仅次于著名的m31仙女座大星系和我们所在的银河系,直径嘛5万光年以上。。距离地球295万光年。。受引力影响,总有一天会和m31一起与我们的银河系相撞。。。


还有一些其他图片就不发了。。。距离太阳系最近的恒星就是三体中三体人所在的半人马座a,我们的邻居恒星系距离我们4.22光年,什么概念呢,目前地球上发射的探测器里,拍摄了冥王星图片的新地平线号的速度是每秒16.26公里,那么以地球现在的科技实力,06年发射的新地平线号探测器从地球出发去邻居家做客需要的时间是9460730472580800除以16260除以3600除以24除以365乘以4.22大概等于7万多年吧。。。那么7万多年以后还会有人类吗。。。

放出一张14年拍的月面图片,这张图片让我坚定不移的相信在月球或者太空中能看到长城完全是扯淡。。。


好邻居大月亮结尾


______8月4号凌晨更新一颗刚刚拍的大冲后的火星,睡觉睡觉



______8月22晚10点新拍火星一张,视宁不同效果不同

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