宇宙到底有多大呢?距离地球150万公里的詹姆斯韦伯太空望远镜告诉你答案。
继哈勃望远镜之后,詹姆斯韦伯太空望远镜发射升天,并成功抵达了太阳-地球L2拉格朗日点附近的太阳轨道上,距离地球约150万公里。
它号称史上最强望远镜,主要任务是观测宇宙大爆炸之后的第一批恒星、第一批星系,以及找寻潜在的系外宜居星球。
2022年7月12日,詹姆斯韦伯太空望远镜的第一批全彩图像和光谱数据正式发布。照片一经发布,震惊了整个天文学家,引人深思,连吃瓜群众们看到这些照片都都被深深震撼到了。
那么问题来了,这些照片到底有什么玄机?到底能告诉我们些什么?
首批公布了5张照片,其中包括了首张深场图像,显示的是一个编号为SMACS 0723的星系团。
在这张照片包含了数千个像银河系这样的星系,同时还有3个让人震撼的信息。
首先是时间上,这张照片显示的是46亿年前该星系团的模样,此时太阳系乃至地球才刚刚诞生。
其次是空间上,它距离我们51.2 亿光年(这是宇宙在膨胀,考虑膨胀效应的结果)。詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄它时,捕捉的那片天空区域,大概就是一个人拿起一粒沙子,胳膊伸直举向天空,这个沙子占据覆盖的一片天区。就这么一点大的地方,却拍出了数千个星系。
这就是说,如果我们的眼睛拥有詹姆斯韦伯太空望远镜那样的性能,我们看到的应该就是满天繁星。
最后是在这张照片当中,中心位置有很多圆形或者椭圆形的斑点,这其实是这个星系团中的星系,而在它们周围还有很多弯曲的弧线。
它们其实距离远远超过51.2亿光年,达到了100多亿光年,是距离我们非常非常遥远的天体,只是因为SMACS 0723的星系团弯曲了周围的时空,把这些天体的光线掰弯了,才让我们看到,这就好比一个透镜一样,起到了“放大镜”的效果,这个现象也叫作:引力透镜现象,曾是爱因斯坦广义相对论验证的内。也就是说,它无形中证明了相对论的准确性。
仅从这么一点天区,就拍摄到这么多的天体,让我们掌握这么多的信息,足可见这张照片的重要性。但除此之外,其实我们还能从中学到一个启示:宇宙之大远远超过人类的想象力。为何这么说呢?
这张照片其实告诉我们一个道理:从地球上任意一个方向看去,尽可能看得远,那么你可以看到许许多多的天体,这在之前哈勃望远镜的观测中也能证明。这就意味着地球周围的宇宙世界几乎都是一样的,难道地球是宇宙的中心吗?
不!这个说法不准确。事实上更像是宇宙太大,几乎是无限大的,所以处处都是中心,无论往哪个方向看,宇宙都一眼望不到边。不信?我们来看看之前的一些发现!关于地球,人类曾经有过错误的认知。
人类对宇宙的认识
在最开始时,人类认为地球是宇宙的中心,所有的天体都围绕着地球运动,为此,人们还绘制过非常复杂的地心说模型图。
可是,后来哥白尼、伽利略、开普勒等通过观测发现,地球并不是宇宙的中心,太阳更可能是宇宙中心,并提出了“日心说”。
然而,牛顿的出现,彻底摧毁了地心说和日心说,因为牛顿世界观下宇宙应该是无限大的,是由引力主导的宇宙。
爱因斯坦则在广义相对论中,添加了一个宇宙常说,认为宇宙大尺度下是静态的,这就是爱因斯坦的有边无限静态宇宙的模型。
可是宇宙从不以人类意志为转移,后来梅勒斯以及哈勃又发现,宇宙并不是静止了,而是会膨胀,天文学再次得到发展,提出了“宇宙大爆炸”理论,以及标准宇宙模型等。
从天文学的发展来看,我们会看出科学的进步让我们越来越认识到自己的渺小,从过去认为地球是宇宙的中心,到地球只是宇宙中微不足道的存在。
这也让越来越多的人好奇,宇宙究竟有多大,人类究竟有多渺小?
宇宙究竟有多大?
宇宙的大小,可以分为三个角度:
时间角度
在过去,我们认为宇宙是静态的,是一成不变的,但是哈勃在观测银河系外的星系时发现,大多数星系发生了红移现象,这说明这些星系正在远离我们。
而且,越是距离我们越远的星系,远离我们的速度就越快。这就让人很奇怪,要知道的是,如果只是个别星系出现运动,那应该是有的靠近我们,有的远离我们,为何这些星系都会远离我们呢?
对此科学家提出了一个理论:宇宙正在膨胀,我们可以把宇宙想象成一个气球,在气球逐渐膨胀的过程中,远处的星系确实会远离我们。
而反过来,宇宙正在膨胀说明宇宙在早期时应该会聚合在一起,科学家们把这个点“奇点”。奇点体积无限小,温度无限高,密度无限大,奇点之后宇宙大爆炸。
科学家通过研究发现,宇宙起源于138亿年前,这段时间宇宙发生大爆炸。但是此时的地球并未形成,直到46亿年前,物质在引力的作用下汇聚在了一起,形成了太阳,形成太阳的边角废料形成了太阳系内的行星、卫星、小行星等。
地球起源于46亿年前,但是直到42亿年前左右,地球上才开始出现生命,生命不断演化,各个生物你方唱罢我登场,轮流在地球上称王称霸,但又在一次次大灭绝中遭遇洗牌,被洗出牌桌。
人类的兴起,也是在最近几十万年,20万年前非洲地区演化出了早期智人,6.5万年前,智人开始走出非洲,一路扩散到世界各地,演化成为了如今的我们。
人类的文明诞生于1万年前左右,而在过去很长一段时间里,人类对宇宙的认识都是九牛一毛,直到近200年来,科学技术不断发展,我们才逐渐从现代科学仪器中了解到宇宙有多大,人类有多渺小?
从时间角度来看,宇宙已经存在了138亿年,而人类文明只有短短的1万年左右,两者相比较之下,宇宙真可谓是大到超乎想象。
空间角度
从空间角度来看,人类更是小到几乎可以忽略的地步。
我们知道,人类居住在地球上,而地球又只是太阳系内普通的一员,太阳系非常大,大到我们人类派出的第一艘无人飞船,目前朝着太阳系边缘已经飞了40多年,可仍旧没有飞出太阳系,至少还要3万多年才能飞出太阳系。
可能你会觉得,太阳系已经足够大了,但实际上,太阳系只不过是银河系普通的一员,银河系中的恒星数量大约在1000亿-4000亿之间,太阳系渺小到就算消失,可能银河系都不知道。
银河系已经是足够大了吧,可银河系也只是本星系群普通的一员,这里有几十个像银河系这样的星系,直径大约是1000万光年。
本星系群又位于室女座超星系团中,直径大约是1.1亿光年,像银河系这样的星系,大约有4.7万个,在这里,别说是人类了,就连地球都渺小到几乎不存在。
超室女座星系团又位于拉尼亚凯亚超星系团中,它的直径达到了2.5亿光年,这里大到已经超乎到人类的想象。
目前人类能够观测到的最大范围,,别说是人类,就连光从地球上飞出,要达到可观测宇宙的边界都需要930亿年,可想而知究竟有多可怕!
这里多说一下,之所以宇宙诞生才138亿年,可观测宇宙就已经能达到930亿光年,这是因为宇宙是在膨胀的,刚开始时可观测宇宙没那么大,后来膨胀到如此遥远。
而可观测宇宙又只是宇宙中的一员,甚至是忽略不计的存在,由此可见宇宙究竟有多大,人类究竟有多渺小。
物质角度
从时间和空间角度来看,宇宙大到超乎人类的想象,但你以为这就是人类渺小的存在吗?
不不不!
从物质角度来看,人类也是渺小到几乎可以忽略不计!
宇宙中存在四大相互作用力,分别是:电磁力,引力,强相互作用力,弱相互作用力。
其中我们能看到的东西,主要依靠电磁力,但如果有一种物质,不参与电磁相互作用会怎样呢?
其实,我们就会看不到他,暗物质和暗能量就是如此,它们不参与电磁相互作用,所以我们看不到它。
然而研究发现,暗物质和暗能量才是宇宙中的大多数,它们的占比占据了95%,而人类可见的物质只有5%,这也说明别说是空间和时间上了,就算在同一空间和时间,也有许多我们看不到的物质,可它们又实实在在的存在宇宙中。