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你知道世界尽头的星空在哪里吗(星空的尽头有什么)

时间:2023-05-24 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 科技资讯

↑一群国家地理控,专注于探索极致世界当30多万年前最早的人类成员第一次抬头仰望星空时对宇宙的好奇与探索便永远种在了我们心底(措学仁玛的星空,摄影师@南卡)▼从第一台望远镜到遨游在地球上空的哈勃我们窥探宇宙深处的瑰丽图景(今年迎来“30岁生日”的哈勃望远镜,图片来源@NASA)▼从直径几米的天线到口径500米的“天眼”我们接收可能来自地外文明的讯息(近日宣布开始地外文明探索的“中国天眼”——FAST

↑一群国家地理控,专注于探索极致世界

当30多万年前

最早的人类成员

第一次抬头仰望星空时

对宇宙的好奇与探索

便永远种在了我们心底

(措学仁玛的星空,摄影师@南卡)

从第一台望远镜

到遨游在地球上空的哈勃

我们窥探宇宙深处的瑰丽图景

(今年迎来“30岁生日”的哈勃望远镜,图片来源@NASA)

从直径几米的天线

到口径500米的“天眼”

我们接收可能来自地外文明的讯息

(近日宣布开始地外文明探索的“中国天眼”——FAST,摄影师@李子韬)

从第一个缓缓升空的热气球

到咆哮着飞天的大火箭

我们拓展着人类的视野

(长征五号B首飞成功,摄影师@陈肖)

从第一颗人造卫星

到庞大的 国际空间站

我们在开拓着新的家园

(从发现号航天飞机上拍摄的国际空间站,图片来源@NASA)

人类本身

也在无数先驱的带领下

不断向太空迈进

(1961-2018年历年进入太空人数,制图@郑伯容/星球研究所)

如今

哈勃望远镜

迎来自己的“30岁生日”

“中国天眼”FAST

正式开启了地外文明的探索

长征五号B火箭

成功发射升空

一个宇宙大发现的时代

才刚刚开启

我们为什么要探索宇宙

宇宙中又有些什么?

让我们亲自从地表出发

飞向星空的尽头

去寻找答案

01

家园

旅程的开始

是我们自己的家园——地球

从高空俯瞰

一切细节都被抹去

这颗行星显露出它的本色

板块运动

为它带来永不停歇的活力

(俄罗斯千岛群岛马图阿岛上的火山爆发,图片来源@NASA)

覆盖地表70%的水

是生命活动不可或缺的介质

(卫星影像展示了太平洋加利福尼亚寒流中浮游生物的复杂分布,图片来源@NASA)

大气和磁场

保卫着我们

免受过量辐射的伤害

保持着地表适宜的温度

更重要的是

大气中的21%是氧气

大多数地球生物赖以生存

(上海上空的风暴,摄影师@何炜)

大气运动带来了降水

有雨水滋润的地方

植被繁茂、动物成群

(坝上草原羊群,摄影师@朱哲)

大地表面

人类的城市

整齐划一

(洛杉矶,摄影师@陈剑峰)

38万千米

我们进入月球轨道

荒凉的月面上

阿波罗登陆的遗迹清晰可辨

这里的大气极为稀薄

这些痕迹将孤独地留存数万年

(NASA的月球勘测轨道器在距离月面仅24千米处拍摄到的阿波罗11号登月遗迹,图中LM所指的是登月舱,其周围的月面上可以看到黑色的线条,那些是宇航员移动的痕迹,其它箭头所指为科学仪器放置的位置,图片来源@NASA)

7800万千米

地球的“孪生姐妹”——火星

进入视野

它曾有过泛滥的洪水

和剧烈的火山活动

但如今

它的大气和水流失殆尽

只剩下陨石坑、火山、沙丘

(火星水手谷,图片来源@Kevin Gill)

6-13亿千米

穿越火星和木星之间的小行星带

躲过这里四处乱飞的石块

我们来到了外太阳系

这里是“巨人”的世界

木星

体积有地球的1300多倍

表面是氢元素组成的大气

大气之下压力增大

氢气变为液态金属氢“海洋”

最内部是岩石和冰组成的内核

(木星大气,图片来源@NASA)

土星

情况和木星相似

气态和液态氢外层占据了大部分体积

使得土星的密度仅有0.69克每立方厘米

比水还要轻

(卡西尼号拍摄的土星及其巨大光环,这个距离上看地球只是一个“黯淡蓝点”,图片来源@NASA)

在这两颗巨行星的周边

有着数十颗卫星环绕

俨然是缩小版的太阳系

这些卫星大多表面冻结

但在冰面之下

很可能存在液态水

(木卫二地表被冰层覆盖,冰上的纹路在太空中亦可见,仿佛盘根错节的植物根系,而冰面之下很有可能有液态水,图片来源@NASA)

有的则拥有浓密的大气

地表形成了充满有机物的甲烷海

(土卫六地表可能存在甲烷海,图片来源@NASA)

59亿千米

这里的天体变得越来越陌生

天王星和海王星

两颗巨大的气态巨行星闯入视野

因为距离太阳过于遥远

它们的表面温度低至零下二百多摄氏度

肃穆幽静的巨大星体和同样冷漠的卫星

在黑暗中发出神秘的光芒

(海王星的“微笑”,其中较小的天体是海卫一,照片由旅行者2号拍摄,图片来源@NASA)

然而

我们才刚刚迈出家门口

整个太阳系

有着更加庞大的结构

(太阳系结构,制图@郑伯容/星球研究所)

海王星之外

无数的石头、冰块

组成了一个宽约 1500亿千米的区域

柯伊伯带

(柯伊伯带天体,图片来源@NASA)

柯伊伯带之外 又数万亿千米

是笼罩整个太阳系的奥尔特云

数千亿颗质量更小的天体

在这里游荡

(一颗从奥尔特云飞入内太阳系的彗星,图片来源@NASA)

然而在空旷的空间中

我们发现了一个人造物

旅行者1号!

它正孤独地向着星辰大海航行

这是迄今为止

距离地球最远的人类痕迹

(旅行者1号探测器进入星际空间的想象图,图片来源@NASA)

告别旅行者1号

也就意味着离开了太阳系

告别了人类目前唯一的家园

前方

一个光怪陆离的世界在等待着我们

02

异星

1 -3000光年

太阳系外的空间中

充斥着尘埃和星际物质

但这里同时也是一个

恒星世界

无数颗与太阳大相径庭的恒星

在这里闪耀

( 恒星分类,制图@郑伯容/星球研究所)

与太阳质量相当

或比太阳质量更小的恒星

按质量从大到小分别属于

黄矮星、橙矮星和红矮星(G、K、M型恒星)

(一颗年轻的红矮星及围绕它旋转的行星想象图,图片来源@NASA)

比太阳质量大的

则被称为大质量恒星

它们温度高

发出耀眼的蓝光

(图中央的蓝色恒星是一颗巨星Zeta Ophiuchi,它向外发射的辐射和粒子吹动了周围的尘埃,造成了涟漪,图片来源@NASA)

这些恒星并不孤独

它们大部分 “两两为伴”

在彼此吸引下共同旋转

被称为双星

( 双星系统开普勒-47想象图,图中发光的两颗为两颗恒星,而在其周围的是围绕双星旋转的行星,左侧最近的行星为开普勒-47c,是一颗气态巨行星,右上角为行星开普勒-47b,图片来源@NASA)

更有“三五成群”的

形成多星系统的

可以观赏到三日同辉的景象

(从系外气态巨行星HD 188553 Ab的一颗假想卫星上看到的三星系统,图片来源@NASA/JPL)

但是

恒星并非这里唯一的天体

在恒星的光芒中

偶尔会出现一两颗黑色的“斑点”

那是一颗行星的阴影

这些行星围绕恒星旋转

组成了完全不同于我们的恒星系

因此它们也被称为

系外行星

( 行星开普勒-16b想象图,它是首个被发现的围绕双星系统运转的系外行星,图片来源@NASA/JPL)

通过观察恒星前的”黑斑“

我们发现在恒星世界之下

是一个更加多样的

系外行星世界

它们有的 质量巨大

类似木星或海王星

被称为

气态巨行星或冰巨星

(一颗4倍于木星质量的系外气态巨行星想象图,图片来源@NASA)

有的质量比地球小

距离恒星距离近

类似水星

表面温度高达700℃

(系外行星 Kepler-20e是第一颗被发现的比地球小的系外行星 ,图片来源@NASA)

质量介于地球1~10倍的

可能拥有岩石表面

以及稳定的大气层

它们被称为

超级地球

( 红矮星TRAPPIST-1和它的七颗类地行星想象图,图片来源@NASA)

这些行星与其母星的距离不同

有的距离很近

面对母星的一面

几乎被烤焦

( 环绕其母恒星绕行的两颗行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c,距我们40光年,图片来源@NASA)

有的则距母星遥远

像天王星、海王星一样冰冷

(环绕恒星HR 8799的行星,图片来源@NASA)

距离适中的凤毛麟角

它们很可能孕育出

类似地球上的生命

( 系外类地行星开普勒186-f想象图,半径约为地球的1.17倍,且位于红矮星的宜居带内,图片来源@NASA)

通过开普勒望远镜的观测

已经被确定的系外行星数量

多达

4241颗

(开普勒候选行星,图中大的球体是恒星,恒星表面的黑点,是其行星在经过恒星时遮挡部分光线形成的阴影,通过这种方式,我们得以发现系外行星的存在,图右上角是木星经过太阳时留下的阴影以供参考,恒星的颜色越偏蓝其温度越高,越偏黄其温度越低,图片来源@NASA)

但是对于整个银河系而言

我们所看到的这个异星世界

还只是一个小小的角落

03

银河

银河系的天体

集中在直径8万光年的巨大盘状区域中

被称为银盘

银盘中间是一个长1.3万光年的“棒子”

即星系棒

星系棒两端伸出4条“触手”

即旋臂

(银河系结构以及太阳系的位置,制图@郑伯容/星球研究所)

接下来

让我们穿透旋臂

直达银河系中心区域

3000-20000 光年

穿越旋臂十分危险

这里拥挤而混乱

充满气体、尘埃、辐射

以及大量恒星

(马头星云,图片来源@Ken Crawford)

当旋臂扫过星际空间

其中的物质被压缩

大量新恒星形成

这些年轻的恒星组成松散的集团

称为疏散星团

( 昴宿星团,也叫七姊妹星团,摄影师@朱阳)

20000-25000 光年

走向星系核心的最后一段路

我们将穿越星系棒

这里恒星数量更大, 密度极高

接近星系中心

恒星密度是太阳附近的500倍

恒星以难以想象的速度高速飞驰

(银河系中心的恒星、尘埃和气体景象,图片来源@NASA)

25000 光年

银河系的终极核心

一个超大质量黑洞稳居C位

其质量是太阳的四百多万倍

它是整个银河系的王者

地位无法被撼动

它更是一个吞噬万物的巨兽

如果恒星不幸误入它的引力范围内

将被残忍撕碎、吞噬

(银河系中心的黑洞,图片来源@Gallery of Space Time Travel)

银河系中心

是名副其实的死亡陷阱

还是赶快逃离吧!

100000光年

我们调转方向

离开银盘

但银河系并未结束

它的物质分布在十万光年范围内

(银河系影像,中心黑洞、银盘和星团,图片来源@NASA)

银盘之外 并非空无一物

那里的球状星团

每一个都由数十万颗恒星组成

这些恒星的 平均年龄超过100亿岁

彼此间的引力

使它们高度聚集成球状

(NGC 2419等球状星团 ,图片来源@ESA/NASA)

这个年迈而高密度的世界

并不适合行星的生存

有的行星与母星失去引力联系

沦落为“流浪行星”

漂泊在星际空间

(一个类似木星的流浪行星想象图 ,图片来源@NASA/JPL)

当我们离开球状星团

就接近了银河系的边缘

现在

让我们花点时间转头回望

银河系的千亿颗星星

正在黑暗的背景中闪耀

(银河系全景,图片来源@Two Micron All Sky Survey)

但我们的旅程 尚未结束

银河系之外

还有一个更加庞大的星系世界

在等待着我们

04

宇宙

254万光年

此时我们所在的位置

是距离我们最近的大型河外星系

仙女座星系

它拥有多出银河系数倍的恒星

(仙女座星系,摄影师@秦建)

银河系、仙女座星系 等众多星系

组成了本星系群

本星系群又与其它星系群、星系团

组成了本星系团

本星系团和其它星系团

组成了本超星系团

本超星系团又和其它超星系团

组成了可观测宇宙

(宇宙中的星系示意,制图@郑伯容/星球研究所)

这个庞大的星系世界

共包含着1000亿个以上的星系

每一个都是一个独立的世界

有的和银河系一样

中央有一个星系棒

为棒旋星系

(NGC 1300,图片来源@NASA)

有的则没有星系棒

直接成旋涡状

为旋涡星系

(草帽星系M104,由于侧面对着我们所以呈现出这种特殊的模样,图片来源@Adam Block)

有的没有触手一般的悬臂

整体呈椭圆形

为椭圆星系

(NGC 1316,图片来源@NASA)

有的则没有固定的外形

为不规则星系

(星系M 82,图片来源@NASA)

有的在中心

拥有活跃的超大质量黑洞

被称为

射电星系

(射电星系Hercules,图片来源@NASA)

有的拥有剧烈的恒星形成活动

被称为

星暴星系

(半人马座A,中心拥有一个超大质量黑洞,图片来源@ESO)

它们涌动、爆发、吸积、喷流、扰动

组成一个个奇异的世界

465亿光年

这里

是我们可观测的宇宙边缘

来自古老星系的光芒 在黑暗中闪烁

我们看到的影像 来自几百亿年前

它们如今变成了什么样

我们一无所知

旅程在此到达终点

回头寻觅

连巨大的银河系 都已经不知所踪

更不用提那颗小小的蓝色星球

以及生活在其上的人类了

我们在宇宙中的位置

正是如此微不足道

(哈勃超深空场,拍摄到最古老的星系,图片来源@NASA)

然而

也正是通过这样的探索

我们认识到地球的不可替代

认识到的生命的珍贵

和文明的稀有

作为宇宙中拥有文明的一个物种

我们又是何其幸运

(德雷克方程,生命和文明的出现需要满足极为严苛的条件,制图@郑伯容/星球研究所)

现在

让我们返程

走出星系的“迷宫”

回到众星闪烁的银河

通过无数奇特的异星世界

在那条普通的旋臂上

找到那颗普通的恒星——太阳

再经过早已熟悉的

海王星、天王星、土星、木星、火星

回到了我们当下唯一的家园

地球!

(地球,图片来源@NASA)

脚下

是坚实的大地

耳边

是微风与鸟鸣

你我的生活继续

忙忙碌碌、鸡毛蒜皮

但请记住星空教会我们的事

谦卑地看待宇宙

谨慎地对待地球

本文创作团队

撰稿:成冰纪

编辑:张楠

图片:任炳旭

设计:郑伯容

审校:云舞空城、haibaraemily、刘博洋

封面图来源:NASA/JPL

P.S. 本文主要参考文献:

[1]苏宜. 天文学新概论[M]. 科学出版社, 2009.

[2]胡中为,徐伟彪. 行星科学[M]. 科学出版社, 2008.

[3](英)罗德里·埃文斯. 天体写真[M]. 北京联合出版公司, 2017.

[4](美)麦克米伦. 太阳系和地外生命探索[M]. 机械工业出版社, 2016.

[5]田丰. 宜居环境与地外生命[J]. 科学通报, 2016.

[6]NASA系外行星档案,网址:https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/index.html

[7]系外行星百科,网址:http://exoplanet.eu/

[8]NASA开普勒项目网站,网址:https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html

The End

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