人类的足迹从未踏出地月系,连太阳系的边缘都未曾触及,却敢断言看透了140亿光年外的宇宙,甚至描绘出宇宙诞生之初的模样。 这不是狂妄的臆想。 是人类靠着智慧与科技,在地球这个小小观测站,捕捉到了宇宙跨越百亿年的“时空来信”。 我们之所以能足不出户观测百亿光年的宇宙,核心密码藏在光速的有限性里。 光速每秒30万公里,看似无敌,却仍有边界。宇宙中遥远天体发出的光,需要跨越漫长的时空才能抵达地球。 你看到的140亿光年外的天体,根本不是它现在的样子,是它140亿年前的模样。那束光从天体出发时,地球还未诞生,太阳系尚且是一片星云。它穿越百亿年的黑暗,只为给人类带来宇宙早期的第一手线索。 就像我们看到的仙女座星系,是它250万年前的模样,彼时的人类还处在古猿阶段。看到的麦哲伦星云,是它16万年前的光影,那时的人类刚学会使用工具。 宇宙的光,就是天然的“时光机”。人类的望远镜,就是捕捉这些时光影像的“接收器”。我们在地球抬头仰望,看到的从来不是当下的宇宙,而是一部倒放的宇宙演化史诗。 而人类能探测到140亿光年的极限,更是因为捕捉到了宇宙诞生的第一束光——宇宙微波背景辐射。 140亿年前宇宙大爆炸的瞬间,释放出海量的光子。这些光随着宇宙的膨胀不断红移,从可见光逐渐变成了微波,均匀地弥漫在整个宇宙空间,温度约为2.72K。 这是宇宙留给人类最古老的“指纹”。哪怕是最黑暗的宇宙深处,也充斥着这份来自创世之初的余晖。人类用微波探测器捕捉到它,就相当于直接看到了宇宙大爆炸的现场。 当然,仅凭光的传播还不够。人类还掌握了宇宙的红移密码。 遥远星系的光抵达地球时,会因为宇宙的持续膨胀发生波长变长的现象,也就是红移。星系距离越远,红移程度越明显。这就是哈勃定律。 科学家通过测量红移的程度,就能精准计算出天体与地球的距离,甚至反推出宇宙早期的膨胀速度。就像通过声波的变化判断汽车的远近,人类通过光的红移,给百亿光年外的天体贴上了精准的“时空坐标”。 更厉害的是,人类早已不只是靠可见光观测宇宙,而是打造了一套全波段宇宙感知系统,捕捉宇宙发来的各类“信使”。 电磁波是最基础的信使。从无线电波到伽马射线,不同波段的光揭示着宇宙不同的秘密。射电望远镜捕捉21厘米辐射,探索宇宙黎明的氢原子分布;红外望远镜穿透星际尘埃,看到恒星诞生的摇篮;X射线望远镜瞄准黑洞,捕捉它吞噬物质的高
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宇宙有多大? 就在今年年初,英国的天文学家发现了一个巨大的宇宙结构——大环。这是一个由很多星系和星系团组成的几乎完美的圆形星系群,它的直径大约是13亿光年,周长达40亿光年,是目前可观测宇宙内已知的最大结构之一。 但按照目前的宇宙形成论来讲,这个大环大到宇宙已经装不下它了。 现在的理论认为,在宇宙大爆炸之后,物质通过引力逐渐聚集,从较小的结构慢慢合并成较大的结构,然后逐渐形成了星系和星系团。但这个过程需要足够的时间。 宇宙形成至今大约有138亿年。理论计算表明,宇宙里能形成的最大结构应该是12亿光年。而大环的直径是13亿光年,已经超过了宇宙形成的理论极限。按理说这是不可能的,因为没有足够的时间来形成这么大的结构。 而且按照宇宙学原理,宇宙应该是均匀一致的。不管站在宇宙的哪个地方观察,看到的宇宙应该都差不多。更准确来说,宇宙均不均匀取决于观测尺度。假如把宇宙看成是海洋,站在海边看海面,波涛汹涌;但坐飞机时就会发现,从高空看海面其实非常平滑。 这个大环就像是一个平滑的表面上出现了一个显眼的疙瘩,让原本应该是均匀的宇宙变得不均匀了。 这种大型结构到底是怎么形成的?难道人类对宇宙的测量出错了?宇宙究竟有多大? 我想大家或多或少都想过这个问题,但这个问题很难想象出答案,而且想多了之后人还会产生一种虚无感。 从地心说到日心说 公元1世纪,古希腊天文学家托勒密提出地心说,认为地球是宇宙的中心,太阳、月亮、行星都绕着地球转。这个理论在当时得到了普遍认可。 直到16世纪初,波兰天文学家哥白尼提出日心说,才推翻了地心说。他认为太阳才是宇宙的中心,地球只是太阳系中的一个普通行星。但他的说法在当时不被认可,经过一个多世纪才慢慢被世人接受。 其实哥白尼是病死的。真正被烧死的是他的支持者布鲁诺。这位意大利哲学家坚持捍卫日心说,还认为太阳只是众多恒星之一,人类在宇宙中也不是唯一的。1600年,他被判火刑,在罗马被当众烧死。 测量太阳系 哥白尼的观点虽然不完全正确,但他给人类的宇宙观带来了巨大改变。人们开始思考:太阳系到底有多大? 从哥白尼之后将近一百年,太阳系大小的计算没有太大进展,直到开普勒出现。1595年,开普勒发现了太阳系各行星之间的位置关系,把地球到太阳的距离称为一个天文单位。只要知道一个天文单位是多少,就能算出整个太阳系的大小。 1677年,哈雷想到了用
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