了解宇宙

 

了解宇宙

 

英國着名物理学家布萊恩.考克斯(Brian Cox )說:宇宙大的無法想像，在我們能看到這片宇宙裡(Obeservable Univers)，大約有兩萬億(2後面12個零!兩兆)個星系，對宇宙的局部調查，這不過是一個估計。每個星系，有的大有的小，比如說銀河系裡有4000億顆星體。光線穿過一個星系要花數十萬年。這只是我們可以看見宇宙的一部分，我們非常確定，我們看到的只是一小塊。宇宙的規模實在是無法想像的。這次我們能做的第一件事，然後我們可以列出更多東西。

 

要了解宇宙,是人類对自己所處世界的基本渴望。了解行星的軌道,是一個開始。對於星系這樣龐大的結構，每當有新的技術和新的發現，都讓我們對宇宙的奧秘有更近一步的了解。

 

天文單位

首先讓我们明白宇宙尺度大小对比的观念。什麼是天文單位(Astronomical Units )，地球是我們的家，在整個宇宙大格局中他不過是個小小的點。太陽这顆恒星,為我們提供光和熱。地球的直徑大約是一萬兩千七百四十二公里，而太陽却有超過140萬公里的大小,宇宙理有許多恒星比太陽大許多, 差距之大幾乎無法讓人相信。太陽系所在的銀河系中，可能包含數百億甚至更多的恒星。並且跨越數千光年的距離。

 

光年

光年是用來衡量宇宙大小的基本單位,一光年是, 光在一年內能走的距離，大約是9.46萬億公里。我們經常用天文單位來描述距離，這單位等於地球到太陽的平均距離,約為1.496億公里。

 

秒差

秒差距最早於1913年，由英國天文學家赫伯特·霍爾·特納提出。其英語名稱為一個混成詞，由「1角秒（arcsecond）的視差（parallax）」組合而來。

 

秒差距 (pARSEC)的原理使用了視差與三角學，其定義為1天文單位的對角為1角秒時的距離，1秒差距約為3.26 光年、206,000天文單位或31兆公里。 秒差距使天文學家可以只從原始觀測數據，就能夠進行天文距離的快速計算。

 

秒差距適用於銀河系內的短距離表述，但在描述宇宙大尺度的用途上，會將其加上詞頭來應用，如千秒差距（kpc）表示銀河系內與周圍物體的距離，百萬秒差距（Mpc）描述銀河系附近所有星系的距離，吉秒差距（Gpc）則是描述極為遙遠的星系與眾多類星體。

 

膨脹的宇宙

很明顯，宇宙並不是一個靜態的存在。他不僅一直在變化,還在逐漸的擴大。這一點由宇宙膨脹理論所證實。該理論指出,宇宙是處在持續運動和擴張之中。是美國天文學家埃德温.哈伯在20世紀初期提出的。他發現在各個方向星系都離我們越來。越遠。 遠遠的星球移動的越快，後來這現象被稱為哈伯定律Hubble's Law。他這次的宇宙騎士正在擴張好像氣球，那麼是什麼因素引發了這種宇宙擴張呢?

 

暗物質和暗能量

Dark matter and energy

暗物質和暗能量是宇宙變化背後主要的推動力,他們的成分雖然無法直接觀察，他們在宇宙構成起著很重要的作用。對宇宙的未來有決定性的影響。暗物質是一種神秘的物質,他不發出電磁輻射,也不予電磁輻射互動。這就意味著我們看不見他，不過它的引力影響是明確存在的。人們普遍認為暗物質,佔據了宇宙中物質很大的比例,並在星系和星系團的形成过程中,發揮了關鍵的作用。

 

相對來說暗能量更是個迷,他就像一種逆引力,他不是把物體拉到一起反而是把他們指得越來越遠。這個推力讓星系间相互間以越來越快的速度遠離,導致宇宙的加速膨脹。雖然暗能量的真實本質還是個大問題，但是沒錯，和暗物質一樣,是宇宙裡不可或缺的一部分。他們兩者在一起形成了一種宇宙的伙伴關係。各自以不同的方式,影響着宇宙的行為和命運。表達了不斷膨脹宇宙的宏偉過世。

 

宇宙中各元素的複雜相互作用，成為了理解其廣闊性的關鍵，宇宙膨脹的概念，在我們對宇宙及其未來理解中，有著至關重要的作用。膨脹速率是天文學家研究的關鍵參數之一。如果宇宙持續按現有的速度膨脹，這意味著各個星系會繼續遠離我們。甚至可能相隔數十億年，当這些星系移出我們可觀測的範圍,天空將變得更加黑暗，被稱為「大冰凍」或「熱寂」。Big Freeze, 在這情況一下,宇宙不斷的膨脹, 恒星最終耗盡能量。個星系逐漸疏遠,整個溫度逼近絕对零度。聽起來讓人沮喪，這時是多種宇宙模型中，可能發生的一種結果。

 

為了能更全面的了解宇宙的規模和大小，我們需要更深入的了解這些令人眼花繚亂的宇宙距離和天体的尺度。

 

為了真正把握宇宙的壯觀，我們需要了解其中各個天體之間的距離。光年和秒差距這樣的單位，衡量太陽系內的距離。

 

比如火星距太陽的平均距離太約是1.52 AU，即便是相鄰的行星之間也存在著巨大的距離。當視野擴展到太陽系之外當視野擴展到太陽系之外，光年這個單位就變得非常重要了。光速大約等於299792公里每秒，一年裡光走了9.46萬億裡,一光年。

 

秒差距是用來描述更長星際距離的單位，約等於3.9萬億公里。因為光速有限, 当我們觀察天体時,我們通常看到的是他們過去的狀態，但我們看到太陽時，我們看到的其實大約在8分鐘20秒前的太陽。因為太陽發出的光，需要這麼長的時間,才能穿越1Au(1.496億公里)的距離。同理,當我們看到月亮,實際上是大約1.28秒前的樣子。但我們觀察更遠的天体時,這種觀測延遲會更顯著。例如當我們觀察到離太陽系最近的恆星比鄰星時,大約是4.22年前的狀態。

 

但我們用望遠鏡觀察最近的大星系～仙女座星系時,我們看到的其實是大約250萬年前的樣子。仙女座星系和我們隔着250萬光年的距離。對於宇宙的觀察其實一直是一種對過去的了解。

 

如果把地球直徑缩成一米，那麼月球到地球距離超過30米,而到太陽的距離則會達到139米,離我們最近的恆星比鄰星也有4220公里。

 

宇宙的奇蹟及其尺度

儘管宇宙遼闊無垠,但它絕非是一片荒蕪的空間, 它充滿了各種令人震撼的宇宙奇觀。其中有許多令人費解，但極為壯觀的天體現象。

 

大質量的恆星

這些龐大的恆星不僅比我們太陽要大得多,而且質量也更為龐大，可說是宇宙中的巨人。典型的例子就是參宿四。Betelgeuse一個位於獵戶座內的紅色超巨型，如果把它放在太陽系中，它的體積將會超過木星的軌道，這些巨星的存在，本身就證明了宇宙中有著各種各樣，令人目不暇給的大小和規模的黑洞。它代表了規模另一個極端。這些特殊的時空區域擁有如此強大的引力，以至於任何物體，包括光都不能從他那裡逃脫，黑洞的大笑通常是由它的「事件視界」來定義。Event Horizon, 它是一個一旦物體跨過就無法挽回的邊界。黑洞的直徑可以從幾公里到數百萬公里不等，取決於他們的資量。

 

星系Galaxies

星系則是更為龐大的結構,它包含了從數十億到數萬億顆恆星。有氣體塵埃和暗物質。我們所在的星系就是銀河系，橫跨了大約十萬光年，這僅僅是可觀測宇宙中無數星系中的一個例子。

 

巨大的星系Giant Ellipticals

也被稱為巨橢圓星系,，其直徑可以超過100萬光年。在星系的內部也會看到各種規模和形狀的宇宙結構，從星團和星雲,到行星系統和超大質量黑洞。

 

超星系團Cosmic Superclusters

從更廣泛的角度來看，龐大的超星系團，覆蓋了從我們的銀河系到其他星系的距離，橫跨數十億光年。例如NGC 1022 Group,拉尼亞凱亞超星系團擁有巨大的範圍。

 

將數千個星系吸引到其引力場中,即使在這些星系和超星系團的規模中,宇宙的複雜性和細節仍然令人驚嘆。比如球狀星團和開放星團,由數千顆由重力相互束縛的恆星組成, 星雲 Nebulae是由氣體和塵埃構成的孕育室,恆星在這裡誕生和最後消亡。

 

獵戶星雲The Orion Nebula 位於獵戶座，其直徑超過24光年，儘管這些結構在整個宇宙尺度上相對較小，但從地球的視角來看他們仍然是龐大的,不僅在空間上是無限廣闊的，各種型態的能量方面表現出多樣性。

 

脈衝星Pulsars

脈衝星是經歷過超新星爆炸後大質量恆星的殘骸,他們發出強烈的輻射束,包括X射線和伽馬射線,這些緊湊的天體,通常不比一個城市還大,但它们却能以令人難以置信的速度旋轉,並產生強烈的磁場。

 

類星體Quasars

類星體是由位於星系中心的超大質量黑洞驅動的,是宇宙中最明亮的物體之一，出大量高能輻射令人震驚的是，類星體的能量輸出有時甚至可以暫時超過整個星系的能量輸出，他們不僅是天文奇觀，使我們對宇宙的理解也具有重大的意義。有助於我們揭示宇宙的基本規律和作用力。這些宇宙奇觀的規模和特性為我們了解時空、引力和宇宙演化提供了寶貴的見解。

 

宇宙的尺度遠遠的超出了我們經常經驗的範圍，当思考我們在這片無垠的宇宙中的位置,是非常重要的。

 

地球我們的家，佔據了天文等級中的一個特定位置，他繞著太陽運行, 而太陽系又是銀河系milky way的一部分，銀河系是有恆心和塵埃以及暗物質組成的巨大結構,其直徑約為十萬光年。我們的太陽，僅僅是銀河系中大約兩千億顆恆星中的一顆。而銀河系則是拉尼亞凱亞超新星系團的一部分。这超星系團包含數千個星系,它只是可客觀宇宙中數不清的超新星團之一。他們形成了一個巨大的，相互連接的網絡。其中各個星系通過引力相互聯繫，理解我們在這個層次結構中的位置，有助於我們領略宇宙的巨大尺度。恆星和星系之間龐大的距離,凸顯了我們地球在整個宇宙中孤獨的地位。

 

我們對这宇宙的理解不僅限於空間,時間也同樣重要。據估計，宇宙已經有大約138億年的歷史。並且經歷了多次重大變化和轉折，為了更形象理解這一時間段，如果我們將整個宇宙的歷史壓縮成一年，那麼地球會在9月5日形成，而第一個人類是在12月31日出現，這廣闊的宇宙時間尺度(Deep Time)概念挑戰了我們直觀認知,他鼓勵我們思考難以想像的宇宙年齡。

 

恆星的誕生和死亡以及星系的演變,其實億年的歷史讓我們意識到人類存在的短暫性。以及我們在宇宙歷史中的相對為不足道，帶著浩瀚的宇宙中，而是一處獨特而珍貴的綠洲，他是迄今為止我們知道的唯一富饒,且生命多樣性,從微小的生物体,到複雜的生態系統，經歷了數十億年的演變，地球在太陽系中屬於一個適宜居住的區域，擁有生命所需的適當條件。

 

宜居地帶 Goldilocks Zone

地球的位置非常關鍵,他處於恆星周圍最適宜液態水存在的区域。與對生命至關重要，因為水是地球生命的基礎和關鍵成分，地球在宇宙中是一個稀有的寶石，探索宇宙的尺度和奇觀，人類對探險和認識的熱情。

 

我們對宇宙、其起源以及地球以外可能存在生命的好奇心，推动我們去尋求重要問題的答案,哈伯太空望遠鏡，火星探測器，詹姆斯韋伯太空望遠鏡等科学任務,和天文觀測設備在擴充我們對於宇宙認識,發揮了至關重要的作用。

 

我們是一個具有意識和好奇心的物種，從地球出發去探索宇宙，展示了人類存在的非凡特質,這也提醒我們地球是我們己知唯一的家,愛護地球是我們共同的責任，雖然我們無法完全認知宇宙大小和結構，但是我們可以不斷的探索和研究它。

 

「天地都要滅沒，你卻要長存。天地都要像衣服漸漸舊了。你要將天地捲起來，像一件外衣，天地都改變了。惟有你永不改變，你的年數沒有窮盡。」(來 1:11-12)