当提到星星之间的距离时,人们通常使用一个称为光年的测量单位。那么光年是什么?为什么不使用公里,不使用普通年份而是使用光年?光年在这里是宇宙中常用的测量单位,人们常常误以为这是时间的测量单位,因为里面有“年”这个字,但实际上这是距离的测量单位。
当谈到太阳系中星星之间的距离或与遥远行星的距离时,我们不使用英里或公里,而是必须使用一个称为光年的单位。因为如果使用英里或公里,数字将会非常庞大,记录和统计将会变得过于复杂。简单理解就是,使用一两个数字,你必须使用数百万亿亿的数字,很多个零,或者是某个指数,看上去就让人头晕和难以理解。
宇宙中物质行星之间的距离是极其巨大的。我们的地球从银河系看起来就像一粒沙子,甚至在银河系的缩小图中都无法看到它。巨大的太阳也只是其中无数星星之一。通过天文测量,从太阳到地球的光需要大约8分钟19秒。如果假设由于某种原因太阳突然熄灭或消失,那么人类在地球上要等到8分钟19秒后才会看到那道光消失。这表明了天体之间的遥远距离是怎样的,当测量如此遥远的距离时,我们通常将其换算为光年单位。但为什么是光而不是声音或其他东西呢?
首先,因为光是人类可以从其他星星和行星观察到的东西,而声音或其他东西则完全不行。其次,光是宇宙中移动最快的东西,它以每秒300,000公里的速度移动,极其迅速,而光年是光在一年内所走的距离。具体来说,你可以将光在1秒内移动的距离乘以31,556,920,即一年中的秒数,得到的结果是95亿公里。以光年为单位测量的距离是极其遥远的,仅仅一秒钟,光就可以绕地球走7.5圈。那么光年距离是多么可怕呢。
而且让我们比较一下人类能够达到的速度,人类距离接近光速还有很远。这需要技术上的突破,比如反物质发动机或开发量子物理现象。人类创造的最快物体之一是帕克太阳探测器。该探测器以192公里/秒的速度移动,这仅相当于光速的0.064%。光年是多么长的距离,试着与人类目前所能达到的进行比较。如果人类想要走完一光年的距离,那将需要非常非常长的时间,因为这是光在宇宙中最快的东西也需要一年的时间才能走完的距离。
如果你以每小时5公里的平均速度步行,就像在公园散步。要走完一光年对应的近9.5万亿公里的距离,你将需要大约2.16亿年。想想看,你必须从2亿年前恐龙还活着的时候开始走,现在仍然没有到达。假设你以每小时100公里的速度开车,就像在高速公路上连续不停地开车,不停地加油,不修车,车不坏,不吃喝,那么你也需要大约1080万年才能走完一光年的距离。为了更容易理解,这段时间比人类历史还要长50倍,估计人类历史大约只有20万年。
商业飞机呢,它的速度快得多,约为900公里/小时,但要与光速竞争,也需要120万年的不间断飞行才能走完一光年的距离。因此,只有光才能足够快,只有光是宇宙中最快的。我们的速度就像在光的道路上爬行的乌龟。一个有趣的事实是,由于光需要时间来移动,我们在天空中看到的东西实际上是过去的影像。
以下是太阳系中以光年为单位的距离。
地球与月球之间的距离相当于1.28秒光。地球与太阳之间的距离约为8.3分钟光。地球与水星之间的距离为3.2分钟光,地球与金星之间的距离为6分钟光,地球与火星之间的距离为12.5分钟光,地球与木星之间的距离为43.3分钟光,地球与土星之间的距离为1.3小时光,地球与天王星之间的距离为2.7小时光,地球与海王星之间的距离为4.2小时光。需要重申的是,行星之间没有确切的距离,因为它们都在各自的轨道上不断运动。银河系的中心距离地球约26,000光年,或者说天狼星是天空中最亮的星星,距离地球也有8.6光年,这意味着你看到的光是8.6年前的光。
科学家们最近还观察到了一次被称为超新星爆炸的爆炸,据信发生在250万年前,是冰河时代的开始。这意味着我们从地球上看到的东西是250万年前发生的爆炸的光。如果你相信有另一个世界存在,他们看到地球上的影像,那么他们在望远镜中看到的可能是恐龙,而不是人类,因为光需要时间来移动。哈勃望远镜可以探测到光需要数十亿年才能到达地球的行星。因此,哈勃望远镜捕捉到的图像有时实际上是地球开始形成时的过去影像。
尽管光的距离已经非常大,但为了更容易表示天文数字,人们已经找到了一种将这个数字压缩成一个更大的测量单位的方法,称为天文单位。这是天文学家罗伯特·贝拉姆的成就,他基于地球与太阳之间的距离约为1.5亿公里,这意味着一个天文单位大约相当于8分钟多一点的光。一个天文单位通常用AU或UA表示。为了获得关于光和距离的理解,从古至今,人类需要进行深入研究,早在古代人类对宇宙的了解还不多时,亚里士多德相信光能够立即移动。他是古希腊的一位哲学家和科学家,是柏拉图的学生,也是亚历山大大帝的老师。
直到17世纪,具体是1667年,意大利著名的天文学家、物理学家、数学家和哲学家伽利略找到了测量光速的方法。他被称为现代天文学观察的奠基人。他站在山顶上观察点燃一个被遮住的灯笼的速度,和与他一起进行实验的人们,试图计算光的速度。他们之间的距离不到一英里,因此很难察觉到差异,他只能估计光速比声音快10倍。实际上,光以每秒300,000公里的速度移动,而声波在空气中以每秒仅0.3公里的缓慢速度移动。这就是为什么你在看到闪电之前听到雷声,尽管实际上这两个事件是同时发生的。
谈到测量光速的准确性,罗默是一位天文学家,他认为光在宇宙中以一定的速度移动,并估计光从太阳到达地球需要10到11分钟。尽管这个数字与实际情况有偏差,科学家们仍然得到了一个重要的数字来进行研究。那时,罗默计算出的光速约为每秒200,000公里。