接好运鸭 发表于 1 小时前

真实的太阳系乃至宇宙的尺度远超人类日常的直观理解,课本中为了便于观察而绘制的压缩比例图往往掩盖了宇宙真实的空旷与宏大

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[*]通过还原真实的天体比例、跨越星际的飞行时间以及极致的空间缩放,我们可以逐步揭开宇宙真实尺度的面纱。

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[*]揭开太阳系真实比例
[*]由于大脑难以直接处理宇宙级别的庞大尺度,我们常见的太阳系示意图其实是经过大幅压缩和放大的 “假图”。真实的太阳系中,行星间的距离极其遥远,而太阳的体积更是占据了绝对主导,木星在太阳面前也仅如一个微小的污点。

[*]为了直观还原这种空旷,曾有团队在黑岩沙漠中搭建了等比例的物理模型:用直径 1.5 米的气象气球代表太阳,玻璃弹珠代表地球,整个模型需要将近 11 公里完全空旷的空地才能容纳。当夜幕降临,绑着灯的行星模型沿着轨道绕发光的气球旋转,呈现出的只有一种令人发毛的巨大虚空。

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[*]计算星际飞行时间
[*]面对如此夸张的空间尺度,常规的交通工具在星际航行面前显得极其缓慢。我们可以通过以下几种交通工具的飞行时长,直观感受跨越星际距离所需的漫长岁月:

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[*]探访最远人造物
[*]人类有史以来飞得最远的人造物 “旅行者 1 号”,在滑行约 50 年后,目前已距离地球超过 255 亿公里(约 170 倍日地距离),速度约为高精度狙击步枪子弹的 17 倍。

[*]由于距离极度遥远,地球发出的以光速传播的无线电信号需要将近 24 小时才能追上探测器,双向通信更是需要整整两天。这意味着在物理上已经无法实现即时反馈,探测器的每一个动作都必须提前极久规划。尽管它早已越过日球层顶进入星际空间,但前方等待它的是由冰质碎屑组成的巨大球壳 “奥尔特云”,按估算它还需数百年才能飞到其内缘,数万年才能完全走出太阳系的外缘。

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[*]缩小比例看银河系
[*]当尺度进一步拉大,我们需要换用 “光年” 这把尺子(1 光年约为 9.5 万亿公里)。飞行了近 50 年的旅行者 1 号距离地球还不到一光日,而离太阳最近的恒星 “比邻星” 在 4.2 光年之外,以旅行者 1 号的速度走完这段路需要约 7.5 万年。

[*]为了将银河系可视化,我们可以将直径 10 万光年的银河系缩成一张标准的 30 厘米黑胶唱片。在这个比例下,银河系的厚度仅约 3 毫米;太阳比普通原子还要小几百倍,根本无法在地图上精确画出;比邻星与我们的距离仅为一层保鲜膜的厚度(12.8 微米);而著名的创生之柱,也只是一道需要显微镜才能看清的 12 微米细痕。

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[*]拉远视角看宇宙
[*]继续向外拉,离我们最近的大型旋涡星系 “仙女座星系” 在 250 万光年之外,在唱片比例下处于 7.6 米开外,且比我们的唱片更大,我们现在接收到的它的光线,出发时地球上的远祖还在使用粗糙的石器。

[*]银河系所在的 “拉尼亚凯亚” 超星系团(包含约 10 万个星系)横跨 5.2 亿光年,在唱片比例下铺满 1.6 公里宽的区域。而可观测宇宙的直径约为 930 亿光年(由于空间膨胀导致),在唱片比例下直径会延伸至 283 公里。在这种宏大的尺度下,试图在单一画面中同时展现整体结构和单个星系的细节,已经超出了人类的视觉极限。

[*]07:45
[*]尝试绘制宇宙全貌
[*]为了绕开视觉呈现的物理限制,人们做出了各种创新尝试。有设计师制作了一个 “假如月亮只有一个像素大” 的网页,整个页面长得离谱,需要滚动几分钟才能到达冥王星,且沿途几乎全是虚空。

[*]瑞典则用整个国家的地理跨度建造了世界上最大的永久太阳系比例模型:太阳由斯德哥尔摩的一座巨大球形体育馆扮演,地球是距离 7.5 公里外的 65 厘米地球仪,而冥王星甚至被摆放在了 300 公里外的另一座城市。此外,还有艺术家绘制了可观测宇宙的对数地图,将越往边缘的距离压缩得越狠,以此试图将几十亿光年的尺度塞进一张平面图纸中。

[*]08:26
[*]回望真实地球照片
[*]尽管模型和模拟能帮助我们理解,但人类依然拥有一张用真实相机拍摄的宇宙照片。1990 年,旅行者 1 号在距离太阳约 60 亿公里处转身,拼合出了一张包含太阳系六颗行星的全家福。

[*]在这张著名的照片中,地球只是一个占不到一个像素的 “暗淡蓝点”。真实的太阳系绝大部分地方都是空的,人类所有的历史、每一个听过的故事和活过的生命,全都发生在这粒悬浮于无尽虚空中的微尘之上。
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