一光年有多少公里，為甚麼它讓天文家感到絕望？【宇宙觀察】

一光年有多少公里 爲什麼它讓科學家感到絕望 地球赤道周長是4萬公里 從地球到月球是38萬公里 這些距離對一些老司機來說 也還算能切身體會 但到了整個太陽系範圍內 公里就不夠用了 取而代之的是天文單位 一個天文單位是1.51公里 也是地球到太陽的距離 離開太陽系後 天文單位就要讓位給光年 比如比靈星距離我們4.22光年 銀河系的直徑是18萬光年 光一秒能飛30萬公里 連續讓它飛一年後 我們就能得到一光年是9.46萬億公里 這個數字是人類大腦很難想象的 已經完全失真了 所以我們接下來將用一些實際例子 來襯托一光年究竟有多遠 如果一輛車能長時間 保持時速200公里 那麼它需要540萬年 才能跑完一光年 差不多就是從人類祖先剛出現的時候開始 到現在剛結束 目前飛的最快的探測器 帕克號太陽探測器的速度 能達到每秒192公里 這種情況下 它需要1500年才能飛完一光年 至於很多人更熟悉的旅行者一號和二號 它們的速度只有每秒17公里 要1.8萬年才能飛完一光年 有意思的是 太陽系最外圍的奧爾特雲的半徑 剛好是一光年 所以不論是旅行者一號還是二號 它們其實從未飛出太陽系 只是飛出了太陽的日球層而已 距離真正的星際空間 還有數萬年的航程 不要忘了 距離太陽系最近的恆星世界 是4.22光年外的比寧星 距離銀河系最近的同等量級的星系 是254萬光年外的仙女座星系 而整個可觀測宇宙的直徑 達到了930億光年 其中至少有2萬億個星系 它們平均距離都有數百萬光年 這時候你再看看一光年 就會發現 它只是宇宙中一個非常短的距離 在它之上還有秒差距 一直到百萬秒差距 一個秒差距是3.26光年 一個百萬秒差距是326萬光年 現階段的我們中期一生 也不可能走完其中最短距離的萬分之一 你可能會覺得 每秒30萬公里的光速 在浩瀚的宇宙面前 就是蝸牛的速度 就算是光速飛船 也不可能有效探索宇宙 但這句話其實只說對了一半 因爲光速雖然在宇宙中顯得很慢 但光速飛行的時間膨脹效應 會讓飛船內的人的時間流逝速度 無限接近於0 這種被愛因斯坦稱爲時間膨脹的現象 會讓駕駛光速飛船的人 在瞬間到達宇宙中任何地方 而他自己卻感覺不到時間的流逝 只有地球上 還處於低速運動狀態下的我們 纔會感覺到漫長的時間 其實對宇宙中的光子來說 它們也是誕生瞬間 就到達了地球 到達了宇宙的任何地方 因爲時間對它們來說是靜止的 只有地球上的我們 在低速參考系下 會認爲太陽光飛了8分20秒纔到達地球 仙女座星系的光子 飛了254萬年纔到達地球 總體來看 人類如果想要在浩瀚的宇宙中遨遊 光速是必須跨越的一道門檻 比如區域驅動 比如重動 這些都是目前理論允許的超光速方式 唯一的問題是 我們不知道該如何實現它們 科學家發現 地球磁場強度已下降9% 未來會變成火星嗎 很多人都知道 地球位於太陽系宜居帶內 但很少有人知道 火星其實也位於宜居帶內 兩者之所以有了天壤之別 核心就在於磁場 天文學家認爲 40億年前的火星 和今天的地球一樣 也擁有全球性的磁場 當時的火星上有海洋和大氣層 甚至還可能存在生命 但38億年前 火星內核冷卻 導致火星失去了磁場 無法抵禦太陽風 於是海洋開始蒸發 大氣層也被不斷剝離 最終變成了今天的紅色星球 今天的地球也面臨着類似的情況 科學家發現 最近兩個多世紀以來 地球磁場強度一直是下行趨勢 累計已經下降了9% 其中有以南大西洋異常區的下降最爲明顯 甚至還出現了磁場分裂的跡象 這說明 在我們尚無法完全探測的地球核心區域 發生的什麼意料之外的事情 首先可以肯定的是 地球核心的溫度正在減弱 因爲地球磁場本質上 是液態鐵鏈流動切割磁感線產生的 這需要地核保持超高溫 才能不斷進行 這一進程最早開始於38億年前 也就是火星磁場剛消失 地球生命剛誕生的時候 從那時候開始 地球才真正有望成爲一顆 適合生命存在的星球 由於地球生命的起源 在一定程度上依然是一個未解之謎 所以現在有科學家認爲 地球生命最初的種子 也許來自火星上的隕石 是它們墜入了地球海洋 纔開啓了地球生命的演化之旅 但這一想法目前還缺少證據鏈 在漫長的演化過程中 地球磁場的南北兩極 發生過數百次逆轉 每次都會引起磁場強度下降 距離最近的一次 發生在78萬年前 下一次也許也在幾十萬年後 但也可能隨時都會到來 計算機模擬顯示 每次地球磁極的逆轉 除了導致磁場強度下降 還會讓很多用地磁場導航的物種 出現方向紊亂現象 未來如果地磁再次逆轉 現在用的很多導航系統 也會經歷短暫的失靈現象 唯一的好消息是 地球核心的溫度 目前並沒有快速下降 依然保持着 堪比太陽表面的超高溫 同時由於地球核心處於失重狀態 所以液態鐵鏈的流動 並不會受到太大的阻礙 仍然能保持地球磁場強度 在一個比較高的水平 所以我們可以樂觀地認爲 直到51年後 地球被紅巨星太陽吞噬之前 地球的磁場都不會消失 不過由於太陽亮度每一點億年 就會增強到1% 所以11年後 地球的溫度就不適合人類生活了 海洋也會被蒸發一部分 人類文明有可能會在地下建立城市 來躲避高溫 不過如果幾億年後人類還在的話 大概率就不在地球 甚至是不在銀河系了 畢竟科技的發展 是加速或者爆炸式進步的 未來1000年的科技發展程度 很可能超過過去1萬年的總和 在這種情況下 人類文明會離開地球 前往月球和火星 然後是太陽系的其他星球 掌握光速飛船技術後 還會在直徑18萬光年的銀河系內擴張 也許到那個時候 人類早就忘了自己是從地球來的 爲什麼科學家說 如果宇宙中只有人類 是一件很可怕的事 截至目前 系外行星的發現數量 已經突破了5000顆 其中不乏超級地球或者第二地球 然而不論是哈勃望遠鏡 還是韋伯望遠鏡 都沒能從這些星球上 看到任何生命存在的跡象 從當年的阿雷西伯望遠鏡 到今天的中國天眼 射電望遠鏡 掃描了整個地球天區 也沒能收到外星文明的電磁波信號 似乎整個宇宙 或者至少銀河系範圍內 人類文明就是唯一的文明 地球也是唯一存在生命的星球 然而天文學家們很清楚 地球之所以產生生命和文明 純粹就是概率原因 是地球和太陽 既然是巧合 那麼在可觀測宇宙裏 有2萬億個星系 每個星系 都有至少1000億顆恆星的情況下 外星文明的數量 也該比今天的地球人口總量還多 而不是我們看到的一片寂靜纔對 馬斯克曾說 如果宇宙中只有人類 那將是件很可怕的事情 因爲一條魚如果發現自己是 生活在純淨水裏的話 就說明它是魚缸裏的觀賞魚 人類文明目前面臨的宇宙大寂靜 背後也有可能是更高級的外星文明在干擾 今天的地球上 存在許多與世隔絕的小島 上面還有處於原始社會的土著 科學家並不會去幹擾它們的存在 只是遠遠觀察 並把這個島嶼設置成自然保護區 如果一個高級外星文明 偶然發現 處於低技術階段的人類文明的話 理論上也有可能把太陽系和外界屏蔽 讓人類文明成爲一個觀察樣本 直到我們有能力 離開半徑一光年的太陽系爲止 然而旅行者一號 已經飛了快半個世紀了 想要飛出太陽系 還得三萬年左右 所以目前來看 不論太陽系是不是低技術文明保護區 我們都無法在短時間內飛出太陽系 甚至連在太陽系內自由探索都做不到 現階段最有可能成功的系外行星探索 還是霍金當年提出的突破射星項目 他計劃發射光帆探測器 用地球上的強激光和太陽光加速 最終能達到光速的20% 也就是每秒6萬公里 這樣一來 只需要20多年 就能到達4.22光年外的比靈星 拍攝的照片 收集到的數據 還能用電磁波以光速傳回地球 如此一來 從發射到最終解碼 只需要不到30年 我們就能親眼看到 宇宙中的另一個恆星世界 遺憾的是 霍金去世後 和他合作的俄羅斯富豪也銷聲匿跡了 整個突破射星計劃 除了最開始的幾張PPT 再也沒有什麼新的進展了 不過光帆推進技術 目前倒是有很多實驗 但由於面積太小 所以速度也不會很快 理論上 只有面積達到數百平方公里 甚至更大的光帆 才能靠微弱的光壓 加速到很快的速度 甚至是近光速 回到最開始的問題 如果宇宙中真的只有我們的話 那麼未來可能發生的一切 將沒有任何參照 人類文明只能孤獨在宇宙中前進 不知道前方會有什麼危險 也不知道大國氯氣什麼時候到來