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2024年末,人类走过的银河系范围仍不足万亿分之一

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目前人类亲身到达的最远天体是月球,距离为38万千米。这一个距离与更大的宇宙空间相比是什么概念呢?我们不妨先拿小一点的范围比如太阳系比较。拿地月距离和太阳系(以海王星的轨道半长轴为边界)作比较,前者仅仅是后者不到万分之一。如果搬出银河系,那么比例只会更悬殊(不足万亿分之一)。当然仅从这些数字无法很直观地感受两者的具体差异,最好的方式还是代入大家熟悉的生活场景。

把全世界盖在身上是什么体验

如果把地球变成卧室里面的某个物件,谁最合适呢?考虑到我们每天都从床上醒来,把地球看成床或者被子都是不错的选择。不过地球是个球,和床还有被子的形状不匹配,这里要稍作转换——把床或者被子的大小看作是地球表面,再根据地球表面大小倒推对应的地球半径。


世界地图主题的床品三件套

以单人被/单人床1.5米×2米的大小换算,相当于地球是一个半径约0.5米[1]的球,此时的比例尺为1:12740000,同一比例尺下月球直径大小为27.27厘米,略短于一张A4纸的长边(29.7厘米),距离地球约30米。对于大部分人的生活环境而言,30米相当于去邻居家串门的距离,如果你家正好在6~8层,30米差不多也是从地面到家门口的垂直高度。若你恰好财力雄厚,正住着一套面积数百平方米的大平层,那么此时月球应该在你家的某个角落。

在这个比例尺下,太阳的直径约109米,这是标准足球场的长度,太阳和地球的距离约12千米,太阳系(以海王星轨道为界)是一个直径700千米的圆。


以广州天河体育中心足球场作为太阳位置所在,从内到外分别是水星、金星、地球、火星、谷神星、木星、土星、天王星、海王星轨道︱Keith Enevoldsen

地球的半周长(2万千米)在这个比例尺下相当于约1700天文单位,假设有一颗周期彗星的远日点在这个位置,近日点与地球轨道半径相当,那么彗星的公转周期会达到2.5万年。

如果你好奇这一比例尺下银河系的大小,我们也可以稍作换算:取银河系直径为10万光年,得到缩小的银河系半径依然很大——大约相当于现实中的250天文单位,目前飞得最远的人造航天器旅行者一号也就跨越了这个距离的三分之二。


地球在床头,月球在床尾

显然用以上的比例尺表示银河系还是过大了,如果把床的长度视为地月距离会怎么样呢?这样一来我们从床头走到床尾就算是「登上」月球了,此时的比例尺相当于1:192200000,地球直径6.6厘米,月球直径1.8厘米,太阳约7.2米。


此时的地球直径与一台iPhone SE3的宽度相当︱Apple

海王星轨道半径进一步被压缩到25千米以内,这个范围大概相当于现实中一座中等大小的城市。而银河系直径为33天文单位,略大于现实中海王星的轨道半径(30天文单位)。


假如银河系=地月系

目前人类亲身触及的最远距离是地月距离,如果以这个范围(地月系)作为缩小后的银河系大小,又会是怎么一番景象呢?首先这时候的比例尺会来到1:1234500000000(12345后面跟8个零),海王星的轨道半径相当于3.65米,理论上可以把太阳和八大行星都放进卧室,而旅行者1号属于刚刚走出卧室的水平。此时太阳直径仅1.1毫米,地球和月球均小于肉眼分辨极限——前者大约10微米,后者约2.8微米,两者相距0.3毫米。


图︱Environmental Protection Agency

0.3毫米大概是几根头发丝并排的宽度,而地球和月球的大小恰好对应大气颗粒物中的PM10与PM2.5颗粒,某种意义上呼应了著名天文学家卡尔·萨根那一句「地球只是宇宙中一粒微不足道的尘埃」。


1990年2月14日,旅行者1号对着远在60亿千米外的地球按下了快门,成就了著名的「暗淡蓝点」︱NASA

参考&拓展

[1]下文涉及比例换算的数据均来自:

https://thinkzone.wlonk.com/SS/SolarSystemModel.php

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