【科學科普】1光年到底遠到什麼程度?人類現有技術走1光年需要多久?

天空之城 2020/12/12 檢舉 我要評論

曾幾何時,地球被認為處於整個宇宙的中心,天上的所有星辰都在圍繞地球旋轉。經過漫長的時間之後,日心說又成為主流,認為太陽在宇宙的中心。

然而,隨著天文望遠鏡的發展,天文學家逐漸意識到,除了幾顆看起來在運動的行星之外,其他相對位置不動的星星都是恒星,就像太陽一樣自身可以發光。從此,人類對於宇宙的認識一下子拓展到太陽系之外,宇宙之大遠遠超出了人們的想像。

由於宇宙實在大得難以想像,如果用日常生活中所用的長度單位來描述宇宙距離,將會顯得非常不方便,例如,織女星距離地球2.37×10^14公里,即237萬億公里。

為了更好描述宇宙的距離,天文學家創造出了一個非常大的長度單位——光年。如果用光年來表示,織女星的距離為25光年,這樣的表示方式顯得非常簡潔。

那麼,光年究竟是如何定義的呢?1光年到底遠到什麼程度?行走1光年需要多長時間呢?

雖然光年中有一個「年」,但這並不是時間單位,而是表示距離。具體而言,1光年為真空中的光子在1年的時間裡所前進的距離,也就是光速乘以一年。之所以選擇光速來定義距離,是因為它有著特殊的性質。

根據愛因斯坦的狹義相對論,光速在真空中是恒定不變的物理學常數,不管觀測者相對于光源的運動狀態是怎樣的,他們都會測出完全一致的光速。由於人類對於光速的測量始終有誤差,再考慮到光速的不變性,科學家把光速定義為確定值——299792458米/秒。

光速是確定的,而且又非常快,再將它乘以一年的時間,就可以得到1光年的長度,這是一個非常遠的距離,9.46×10^12公里,即9.46萬億公里。

如果要讓步行速度大約只有1米/秒的人類走完1光年,所要耗費的時間將達到3億年。假如地球和織女星有一條路,那麼,地球上的人類走到織女星將要耗費75億年的時間,這要比目前的地球年齡還要更長30億年。

人類有5艘無人太空飛船能夠擺脫太陽引力的束縛,沖出太陽系,飛向星際空間,其中飛得最快最遠的是於1977年離開地球的旅行者1號。目前,旅行者1號的飛行速度為16.9公里/秒,以這個速度飛到織女星,仍然也要44.3萬年的時間。事實上,以這個速度飛行,就連飛出半徑為1光年的太陽系也要長達1.8萬年的時間。

由此可見,宇宙大到難以想像的程度。如果沒有亞光速級別的星際飛船,人類想要離開太陽系都不可能做到。然而,就算有亞光速飛船,也無法走遍整個銀河系。

太陽與其他數以千億計的恒星構成了龐大的銀河系,恒星盤的直徑估計有18萬光年。即便用光年來表示銀河系的大小,仍然顯得非常不夠用。對於這麼大的銀河系,以光速從一端穿越到另一端,將需要耗費18萬年的時間。

而在銀河系之外,還有無比浩瀚的星系際空間,星系與星系之間相距動輒數十萬光年,難以計數的星系組成了我們的宇宙。天文學家推測,我們所能觀測到的宇宙直徑估計可達930億光年,而無法觀測到的宇宙直徑更是高達23萬億光年以上。

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