从10亿光年到0.1飞米（多图）1

从10亿光年到0.1飞米（多图）

                                       

　　以下是我在网络上发现的一套很不错的图片，非常发人深省。所以就转贴在了这里，与大家分享。原图中的英文说明我已经译出。我自己加的注释是用【】括起的。


　　绝大部分空间都如此图所示那样空无一物，遥远的星系发出的光芒就象是一小撮灰尘。这种空旷是很平常的，象我们居住的家园那样光明的世界只是例外情况。这张照片放大10倍之后我们依然看不到新的结构或者新的空隙；在这个尺度上宇宙大体上是均匀的。在这么大的空间范围中，新奇的东西其实存在于时间之中，而不在空间之中。所有的剧变都发生在过去。这里展示的场景，在至少几十亿年之后，将逐渐黯淡下来；同时，昏暗的星团们将漂移地更为分散。
　　【此图所示区域的边! 长约为10亿光年。1光年即光在1年中走过的距离，约为9.5×10¹⁵米，大致相当于10万亿公里。而10亿光年就大约是10²⁵米。由于光速的不可超越性，1光年之外的星星发出的光，需要1年才能到达我们这里。依此类推，我们所看到的10亿光年之外的，如图中所示的星系的星光，其实只是它们在10亿年前的影像。我们似乎是在朝远处看，实际上是在朝过去看。这就是说明中那句"存在时间之中，而不在空间之中"的意思。现在人类能观测的最远距离约为150亿光年，那已经是非常接近宇宙大爆炸初期的影像了，因为大爆炸就发生在约150亿年前。也就是说，上面这张照片的边长如果再扩大4倍的话，就是我们人类有可能观测到的全部宇宙。宇宙的全部历史就在其中。另外，由于宇宙中所有物质的总质量，现在看来还达不到相对论所要求的下限，所以宇宙的膨胀将无止境地继续下去，所以说明中最后强调了各星团将继续"分散"下去。】

　　

　　向着我们在银河系中的遥远家乡，我们再前进一步看看。但我们至多只看到一个大一些的，很多星系纠缠在一起的星团，这是处女座! 星团。星系按规则是围绕着星团或星群运动的。有理由相信我们的银河! 系自身就是处女座大星团的一个组成部分，受到它的持续不断的引力的拉动；处女座星团自身又是一个超星团的组成部分。银河系周围，在一个较大范围的空间里没有值得注意的星系。
　　【此图所示区域的边长约为1亿光年，即10²⁴米。处女座星团（Virgo cluster），由于从地球上看位于黄道上的处女星座而得名，由不到2000个星系组成（银河系即为其中之一）。它本身又是所谓"本超星团"（Local supercluster）的一部分。处女座星团的中心地带离银河系约5千万光年。】

　　

　　这些就是我们的宇宙区域内的星系，每一个亮点都是由几十亿颗恒星发出的光芒汇集而成。恒星间相互的引力把它们聚集为星系，每一个星系都是由运动的恒星组成的复杂的集团。
　　【此图所示区域的边长约为1千万光年，即10²³米。离银河系最近的是仙女座星系（Andromeda Galaxy），约在250万光年之外，应该就是图中小框框之外，左下边的那个。由于从地球上看该星系位于仙女星座，故有此名。著名的"仙女座大星云"（仙女座圣斗士瞬的武器的典故？）是其旧名。现在! 已经证实该星系的中心有一个黑洞。另外，图中小框框之外，右下边的那个应该是三角座星系（Triangulum Galaxy），那是离银河系第二近的星系，约在260万光年之外。它是地球上能用肉眼观察到的最远的天体。】

　　

　　这个扁扁的饼就是我们的星系――银河系，可以看到它的旋臂结构。在空间中运行时，银河系还带着它的两个卫星星系――大小麦哲伦星系。比我们的银河系更大的星系并不多，而比两个麦哲伦星系更小的星系似乎也不多。
　　【此图所示区域的边长约为1百万光年，即10²²米。大小麦哲伦星系，由首次完成环球航行的葡萄牙航海家麦哲伦于1519年发现，故得名。它们就是图中框框之外，左下边的那两个不规则亮点。由于它们的位置从地球上看非常靠南，北半球的观测者很难直接观察，所以只有接近赤道或者到达南半球时（如麦哲伦的航行那样）才能被发现。不过有些阿拉伯的天文学家在公元10世纪就记载了它们的存在，可能这些学者和来往于非洲和阿拉伯的水手们有过接触。银河系和两个麦哲伦星系的关系，就象地球和自己的卫星月球一样，所以它们被! 叫做卫星星系。大小麦哲伦星系是围绕着银河系运动的，一般不被视为! 独立的星系。所以，离银河系最近的星系一般都认为是前面提到的仙女座星系。两个麦哲伦星系离银河系的距离约为20万光年。它们的大小是银河系的1/10，直径约1万光年。】

　　

　　我们正在俯视银河系。一千亿颗恒星由于彼此引力的吸引而围绕着银河系中心区域旋转，有些比较靠里，有些靠外。我们的太阳，和其他恒星一起围绕着"银心"作顺时针运动，每3亿年环绕一周。图片的背景中还有其他星系，和我们的银河系一样，它们一边在漂移，一边也在缓慢地旋转。
　　【此图所示区域的边长约为10万光年，即10²¹米。银河系的直径约为10万光年，其中最核心的直径约3万光年的一部分被称为"银核"，是恒星较集中的区域。银河系包含的恒星总数约2千亿－4千亿颗，大致按照4条旋臂分布。】

　　

　　恒星的星云和发光的气体，以及一小块一小块的暗尘，组成了变化缓慢的、银河系"饼状结构"的旋臂。我们的太阳尚在很远之外，这里看不见，但它就在图片! 的中心，靠近一条旋臂。
　　【此图所示区域的边长约为1万光年，即10²⁰米。太阳系处在银河系4条旋臂之一的附近，距离银河系的中心约2.5万光年。太阳系围绕"银核"旋转的速度是每秒217米。】

　　

　　在这张照片里，我们已经深入了银河系内部，周围是一群群的恒星，它们已经可以被单独地分辨出来了。几乎所有的上千颗被古代观天者定位并归纳为星座的恒星，都在这里，它们就是我们的银河系邻居。这里还有上千颗另外的恒星，只是由于太暗而看不见。
　　【此图所示区域的边长约为1000光年，即10¹⁹米。在太阳系周围的这些恒星――当然都是银河系的一员――是我们在地球上看到的星空的主要部分。由于它们比较集中在银河系的"饼状结构"之中，所以从地球上看它们在一个方向上才那么集中，才形成所谓"银河"的形状。只是因为它们离我们这么近，所以它们的光我们看起来这么亮。】

　　

　　满天的点点繁星。它们之中的一个! ，在正中间，不过由于太暗而看不到，就是我们的太阳。在北半球的天! 空很显著的大角星，在这里闪耀着。大角星本来就比我们的太阳更亮，而且我们在这里离它也更近。
　　【此图所示区域的边长约为100光年，即10¹⁸米。大角星（Arcturus），位于牧夫座（Bo�es），沿"北斗七星"（即大熊座，Ursa Major）的斗柄三星的延长线，可以找到的一颗红色亮星。大角星是全天第3亮星（不算日、月以及太阳系内的各行星），仅次于天狼星（Sirius）和"南极老人星"（Canopus）。由于另两颗主要在南半球才可看到，所以大角星是北半球常见的最亮的星。它离太阳约36光年，其直径是太阳的10倍，绝对亮度比太阳亮190倍。】

　　

　　我们所知的绝大部分物质都形成了恒星――内部的核火焰蕴育出的气体团，通常可以持续燃烧很长的时间。在旅程的这个阶段，附近是没有恒星的，我们在图片中看到的星星都是距离非常遥远的恒星背景，和我们在地球上看到的景象没有区别。前后好几张图片的恒星背景都没有变化。由于它们在背景很远的地方，而我们一步一步前进的步伐相比之下又太小，所以它们的位置没有明显的移动。
　　【此图所示区域的! 边长约为10光年，即10¹⁷米。很可惜这里没看到天狼星。天狼星是全天第一亮星，位于大犬座（Canis Major，南天的著名星座），距离太阳约8.7光年，体积比太阳大2倍，亮度比太阳亮20倍。另外，离太阳最近的恒星是比邻星（Proxima Centauri），位于半人马座（Centaurus），距离太阳约4.2光年，直径约为太阳的1/7，地球上肉眼不可见。】

　　

　　在这里，我们看到中心有一颗比其他恒星都亮的星，只是因为它离我们近得多。那就是太阳。昼与夜，冷冷的星空与赐予我们生命的温暖，都源于我们的行星坐落于一颗中等的恒星附近。一旦我们离开太阳远一点，就会认识到它只是一颗普通的恒星，那些遥远的恒星在某种意义上都是太阳。
　　【此图所示区域的边长约为1光年，即10万亿公里，10¹⁶米。】

　　

　　在和上一张相比更黯淡的恒星背景下，只有太阳可以看见。曾经我们以为太阳系的边界就是这样的。我们现在知道这里有一大群由冰组成� 腻缧窃诨郝�匚�铺�粼诵校�还�捎谘艄馓�⑷跷颐强床患�Ｎ颐侵! 皇窃谀旮匆荒甑牡却�锌吹郊缚佩缧墙�氲厍蚋浇�母�烈恍┑那�颉Ｔ谀抢镂颐瞧臣��牵�罅偈钡男行牵��舻幕鹧嫖��强境隽顺こさ摹⑽⑷醯奈舶汀�br>　　【此图所示区域的边长约为1万亿公里，即10¹⁵米。】

　　

　　太阳所有的行星都在图中的小框框内运行。在地球上看行星总是能把它们分辨出来：在满天的一成不变的程式下，这几个永不停歇的游荡者。从外太空的这里看过去，行星们表现出哥白尼学说指出的特性：它们沿着同心椭圆轨道（已用彩色线条标出）围绕着太阳运动。
　　【此图所示区域的边长约为1千亿公里，即10¹⁴米。人类的飞行器中，已知的飞行距离最远的，是美国的NASA在1977年发射的旅行者1号飞船（Voyager 1，其使命就是飞出太阳系，飞向外太空）。发射近30年后的今天，它离开我们大约有150亿公里，大概就在图中的框框外附近的地方。】

　　

　　外行星的轨道占据了这张图片。那严重倾斜的轨道属于小而怪异� 内ね跣恰Ａ硗�条轨道（由外向内）分别属于海王星、天王星、土星、木星，以及它们各自的众多卫星。在木星轨道和太阳之间是沿更小的轨道运行的内行星。行星在这里都是逆时针旋转的，基本上都在同一平面上（照片不是垂直俯拍下去的）：除了冥王星之外，整个行星系统就好像一张薄饼那么平。
　　【此图所示区域的边长约为1百亿公里，即10¹³米。著名的哈雷彗星应该就在这张图片中，虽然无法辨别。因为哈雷彗星的远日点距离太阳约50亿公里，就在海王星和冥王星之间。另外，哈雷彗星的近日点离太阳仅约5千万公里，比金星还接近太阳。】

　　

　　被庞大的木星的轨道所包围的，是小一些的类地近日行星的轨道（从外向内）：火星、地球、金星、水星。还有一大群天体由于太小而且太暗，除了用望远镜就无法观察到，不过它们也在这里：小行星带和流星带让木星和火星轨道之间的空间变暗了。
　　【此图所示区域的边长约为10亿公里，即10¹²米。】

　　

　　现在我们看到的是内太阳系的一部分。这段绿! 色的弧线是地球在九、十月间的大概6个星期内走过的路程。
　　【此图所示区域的边长约为1亿公里，即10¹¹米。】

　　

　　这一段是地球在十月的4天内走过的路程，而月球相对于地球的轨道也标出了。月球一直在那个小小的椭圆轨道上和地球一起运动。
　　【此图所示区域的边长约为1千万公里，即10¹⁰米。】

　　

　　我们人类所访问的最远的地方，就是地球的伴侣：月球――离我们最近的天体邻居。明亮的月光、还有潮汐，见证着它有多近。
　　【此图所示区域的边长约为1百万公里，即10⁹米。以上都是天文学研究的领域，以下是航天科学的主要研究领域。】

　　

　　地球的全身照：看上去那么孤独、优雅、脆弱。我们看到我们的地球是孤悬在太空中的，就象一艘太空飞船，没有神话中的阿特拉斯或者大海龟驮! 着它。它平稳、迅速地围绕着太阳运动，每1小时就越过这张图片所显示的这么一大片空间。
　　【此图所示区域的边长约为10万公里，即10⁸米。地球自转的速度（赤道附近）是每秒0.5公里，地球围绕太阳公转的速度是每秒30公里。围绕地球的各种人造卫星中，离地球最远的恐怕是所谓"地球同步卫星"，它们的轨道半径约为3万6千公里，是月球轨道半径的约1/10。】

　　

　　地球的近照：蓝天、白云、深色的海洋、褐色的大地，一个向东旋转的大球体。地图绘制者们为了给我们提供这样一张图，准备了3个世纪，但是要等到1967年，这一场景才被人类目睹，并随之深入人心。
　　【此图所示区域的边长约为1万公里，即10⁷米。地球的直径约1.2万公里，所以超出了此图的范围。从这个尺度往下是航空科学、气象学、地质学等等的研究领域。】

　　

　　从低轨道拍摄的这一张照片所示的区域，展现的是密歇根湖的全貌。大陆冰川孕育出这一大片� �颍�约捌渲芪У挠倩�皆��蔷嘟褡罱�囊淮蔚刂适录��⑸�诩竿! 蚰昵啊Ｅ帕谐尚小⒗刍�煽榈脑凭龆�苏庖惶斓奶炱�Ｋ淙晃颐歉┦幼派锨�蛉说木幼〉兀��鲎匀耸值慕ㄖ�负蹩床患��br>　　【此图所示区域的边长约为1千公里，即10⁶米。低轨道即普通的卫星，以及载人航空器飞行的轨道，距地面约200－300公里。而大气现象主要发生在对流层，即距地面不到10公里的一层大气。从这个尺度往下，是我们日常的各种科学的主要研究领域，其中最重要的可能是物理学。】

　　

　　芝加哥的市中心就坐落在密歇根湖的南端。在这样的一天里，街上的行人也许会抬头看看蓝天，但拍照的飞机飞得太高，几乎不可能被发现。在那么多模糊的街道中，我们可以看见一些格子，那些是一英里见方的芝加哥林荫大道网络。
　　【此图所示区域的边长约为1百公里，即10⁵米。芝加哥是美国第三大城市，位于伊利诺斯州，市区面积约600平方公里，人口约400万。】

　　

　　城市的心脏出现在我们眼前，这里是几百万人工作和居! 住的地方。照片所展示的城区、公园、港口，对于他们是很熟悉的。被1871年芝加哥大火所烧毁的木制房屋，原先就处于本图所包括的区域里。图中所示的绝大部分细节都是后来的建筑物，不过街道和铁路在大火中幸存了下来，它们也将比大部分私人建筑使用寿命更长。
　　【此图所示区域的边长约为10公里，即10⁴米。1871年10月8日晚开始燃烧的芝加哥大火，是美国历史上最令人恐怖的灾难之一。大火整整燃烧了30个小时，造成约300人死亡，10万人无家可归，全城2/3的房屋被烧毁，最后扑灭这场大火的是一场迟来的大雨。】

　　

　　现在我们看到的可不是地图上的那些个符号。这里是城市里很平常的一副场景：湖边的快车道、士兵的驻地、一段飞机跑道、泊船的码头以及博物馆。
　　【此图所示区域的边长约为1公里，即1000米。从这个尺度往下是我们日常生活的尺度。】