相信大家都知道,我们所处的宇宙很空旷,但如果要问,宇宙究竟有多空旷呢?估计有不少人就没有具体的概念了,实际上,宇宙的空旷程度之高,很可能超乎你的想象。要说明宇宙到底空旷到了什么程度,我们不妨从地球和月球开始讲起,通常情况下,我们会将地月系统想象成这样:
但实际情况却并非如此,因为地月平均距离约为38万公里,而地球的半径约为6371公里,月球的半径则约为1737公里,所以地球和月球的真实情况应该是这样子的:
可以看到,在地球和月球之间存在着比想象中空旷得多的空间,那这片空间里可以放下什么呢?
是的,仅仅是在地球和月球之间,就可以放下太阳系中除了地球之外的所有行星。说完了地月系统,我们再来看看太阳系,先上图。
这张图的第1部分的最外层是木星的运行轨道,第2部分的最外层是冥王星的运行轨道以及柯伊伯带(Kuiper belt),第3部分的最外层的红色轨道属于小行星塞德娜(Sedna),其近日点距离太阳约76个天文单位,远日点距离太阳约937个天文单位。
第4部分的最外层就是奥特星云(Oort Cloud),其内边缘距离太阳2000至5000个天文单位,外边缘与太阳的距离大约有1光年,飞出了这个范围,就可以认为是飞出了太阳系。
需要知道的是,太阳占据了整个太阳系大约99.86%的质量,而在剩余的质量中,绝大多数都被八大行星以及它们的卫星所占据,至于运行在太阳系中的小天体,其实比想象中的要稀疏得多,就算在小天体“密集”的小行星带之中,各个小天体之间的平均距离也高达77万公里左右(比地月距离还要远得多)。
看到这里,相信大家对太阳系的空旷已经有了具体的概念,好的,我们再来看看银河系。
银河系中的恒星分布得非常不均匀,具体表现为,距离银河系中心越远,恒星的密度就越低,在银河系的核心区域,恒星密度最高可达每立方光年28.9万颗,而在距离银河系中心100秒差距(约326光年)的位置,恒星密度就下降到每立方光年2.9颗。
到了我们太阳系所在的区域,恒星密度已降至每立方光年0.004颗,而在银河系的边缘区域,恒星密度更是低至每立方光年0.0003颗,综合计算下来,整个银河系的恒星平均密度大约为每立方光年0.006颗,也就是说,在银河系中,大概每167立方光年才有一颗恒星,恒星与恒星之间的平均距离大约为5.5光年。
为了方便理解银河系的空旷程度,我们不妨假设有两颗与太阳一样大的恒星,它们之间的距离为5.5光年,在此基础上,假如我们把这两颗恒星缩小成一个足球那么大,那在按同等比例缩小后,这两个“足球”之间的距离大概就有8223公里。
观测数据表明,宇宙中的其他星系的空旷程度也与银河系差不多,更重要的是,宇宙中星系与星系之间的距离动辄就是几十万、几百万光年,而在星系之间的广阔空间里物质极为稀少,几乎是一片虚无。
除此之外,宇宙中还存在着很多“宇宙空洞”,其中的星系数量极为稀少,或者根本就没有星系。
这些“空洞”的跨度通常都很大,有的“空洞”甚至大得超乎你的想象,比如说在牧夫座方向距离地球大约7亿光年的位置上,就存在着一个直径约为2.5亿光年的“牧夫座空洞”,其跨度大约占到了整个可观测宇宙的0.26%。
宇宙中的星系分布本来就已经非常稀疏了,“宇宙空洞”的存在则进一步增加了宇宙的空旷程度,而正如前文所言,星系本身就非常空旷,这一系列的情况叠加起来,宇宙当然就会空旷得离谱,那到底有多离谱呢?
要描述一个空间区域的空旷程度,“物质密度”无疑是一个很好的指标,从理论上来讲,我们只需要测量出宇宙的体积和质量,就可以计算出宇宙的物质密度,但显而易见的是,我们根本就无法做到这样的事情,所以我们只能退而求其次,来看看可观测宇宙的物质密度到底是多少。
从宏观的层面来看,可观测宇宙的物质在整体上的分布是均匀的,因为可观测宇宙的体积是已知的,所以只需要测量出其中的一部分区域的质量,就可以据此估算出整个可观测宇宙的物质密度,在过去的研究工作中,科学家正是通过这种方法估算出了可观测宇宙的物质密度,即:每立方米大约6个质子的质量。
这是什么概念呢?这样说吧,假设有一个棱长为1米的正方体盒子,里面装着6个质子,现在我们将盒子里的质子放大成一个常见的玻璃弹珠那么大(直径约为1.5厘米),那么按照同等的比例,这个正方体盒子的棱长就将放大至大约90亿公里,作为对比,冥王星与太阳的平均距离也只有大约59亿公里。
在一个棱长为90亿公里的巨型正方体盒子中,就只有6个直径大约1.5厘米的玻璃弹珠,而这就可以认为是可观测宇宙的空旷程度,怎么样,是不是有点超乎你的想象呢?
需要指出的是,科学界普遍认为,宇宙是由“普通物质”、“暗物质”和“暗能量”构成,由于我们对“暗物质”和“暗能量”知之甚少,甚至无法确定它们是否真的存在,因此本文讨论的范围只限于“普通物质”,并没有包含“暗物质”和“暗能量”。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。
(本文部分图片来自网络,如有侵权请与作者联系删除)
发表评论:
◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。