地球有多少岁(地球僵尸)

鲁豫x澎问吧。

据美国国家航空航天局(NASA)近地天体研究中心消息，5月27日，一颗直径约1.77公里的小行星将与地球擦肩而过，预计这将是2022年全年接近地球的最大小行星。

从通过望远镜观察宇宙的奥秘，到一次次向天空发射卫星和宇宙飞船，对时间和空的探索从未停止。光年尺度的叙事，使人类在认识宇宙的过程中认识自我。

BIGBANG以前是什么样的？神秘的「暗物质」和「暗能量」是什么？宇宙膨胀背后的规律是什么？让我们邀请《天文学家》杂志社长鲁豫来谈谈人类是如何探索宇宙奥秘的。

宇宙有多大？

@紫飞鱼:宇宙从诞生到现在有多大？宇宙的体积有多大，有边界吗？

鲁豫:目前宇宙的估计年龄是138亿年。根据目前的观测证据，整个宇宙仍处于加速膨胀状态；如果要精确描述宇宙的大小空，目前很难做到。根据公式计算，整个宇宙的直径最小，约为23万亿光年。相比之下，我们银河系的直径约为10万光年。但根据目前人类的观测能力，有一个“哈勃体积”的概念。哈勃体积直径的当前值约为930亿光年。

@澎湃用户eENRVv:宇宙最小直径是23万亿光年，也就是说光要跑23万亿年。而宇宙的年龄只有138亿年，也就是说，自大爆炸以来，光只运行了138亿年。这个宇宙的直径是怎么来的？当大爆炸发生时，宇宙膨胀的速度超过了光速。FTL没有制造出时间逆转吗？

鲁豫:目前的观测证据是，宇宙空一直在加速膨胀。这就导致了虽然宇宙年龄只有138亿年，也就是说宇宙自大爆炸以来经历了大约138亿年的演化；但在空中，由于所有部分都在同时膨胀，宇宙本身的尺度和宇宙的年龄，一光年和一年，并不矛盾。目前，没有时间回去的问题。

宇宙中有第二个地球吗

@ Shipcoming:宇宙中除了各种恒星，还有哪些成分？

鲁豫:目前的计算结果表明，构成宇宙的成分68%是暗能量，27%是暗物质；其他正常物质差不多占5%，包括各种恒星、黑洞、星云、星际物质等大家熟悉的部分。

@Chelsea:暗物质到底是什么？

鲁豫:天体之间存在引力，可以解释一些我们很容易观察到的现象，比如月亮绕着地球转，两个天体一起绕着太阳转。引力将太阳系、银河系和更大的星系团维系在一起。

在上个世纪，Zwicky研究了星系团的内部结构，并通过测量星系团的旋转速度来研究星系团的质量。他发现，通过测量速度，可以通过引力效应推断出内星系团的质量，但它比不同波段直接观测到的质量要大得多。这些额外的质量是真实的，但无法直接观察到。他第一次用“暗物质”这个词来描述这种看不见的物质。后来其他天文学家研究星系自转时，也证实了这个结果。利用引力透镜现象，即通过测量光在引力场中的偏转，也可以间接确认和研究暗物质的存在。暗物质是由什么样的粒子构成的，如何直接探测到，目前还没有明确的结论。

@De loin:请问宇宙中会有第二个地球吗？

鲁豫:地球只是太阳系中一颗普通的行星。从现有的理论来看，由于地球与太阳的距离合适，加上地球本身的特性，地球在其46亿年的漫长周期中逐渐演化出生命。

自20世纪90年代天文学家发现第一颗系外行星以来，截至今年3月，已发现超过5000颗系外行星。由于行星本身不发光，我们只能通过间接的手段来探索系外行星的存在，比如通过天体的相互遮挡来测量光度变化。理论上，宇宙中必须存在足够多的系外行星，而且很有可能存在各方面条件与地球相似的行星。但是，在我看来，每个地外星球都应该是独一无二的。

@万折将东方:如果把太阳系看作1型星系，把银河系看作2型星系，有没有可能人类目前观测到的所有星系，包括银河系和所有河外星系，都是3型星系的一部分？也就是说你所认为的宇宙其实只是一个3型星系？

鲁豫:为了对事物有更好的认识，知道它们的层次结构当然很重要。比如，当我们深入微观世界时，我们了解到物质是由分子组成的，分子可以分解成原子。原子可以进一步分解成质子、中子和电子。借助大型对撞机，我们还知道质子和中子可以进一步细分为夸克，等等。所以宏观上，对于天体的结构也有类似的分类。

当然最小的是我们所在的地球和地球所在的太阳系。如果只考虑冥王星，直径在80天文单位左右；如果算上最外面的奥尔特云，直径可能是30万天文单位。相比之下，地球和太阳之间的距离是1个天文单位。

如果再到外面去，太阳系就不够看了。它只是银河系中一颗中等大小的恒星，银河系中有数千亿(1000亿-4000亿)颗恒星；这是一个直径10万光年的大星系。太阳系刚好挂在其中一个旋臂上，距离银河系中心27000光年。

再向外，银河系属于所谓的“本星系群”。一个星系团是几个星系在引力作用下的集合，所谓的本星系团包含了50多个星系，跨度超过600万光年。其中最大的是仙女座星系，而银河系只能排在第二位。有大量成员的星系团有时被称为星系团。目前已发现数万个星系团；大量的星系团汇聚形成一个更大的结构:超星系团。我们的星系团被称为“局部超星系团”，其中室女座星系团位于相对中心，包含2000多个直径超过1200万光年的星系。然而，本星系群的体积要小得多。超星系团是我们在宇宙中发现的最大结构之一。

美国宇航局拍摄的希克森致密星系团40

当然，通过观测，比如著名的斯隆数字巡天项目，天文学家已经发现了宇宙中更大尺度的结构。例如，被命名为斯隆长城的巨大纤维状结构，包含了一个长度为5亿光年、厚度仅为1500万光年的大星系。宇宙中还有一个巨大的空空腔结构，叫做空洞。在大尺度上，宇宙似乎是由这些空间隙和各种各样的结构组成的。

学习天文学有什么用

@thismoment:人类通过科技的发展和探索，到Tai 空最远的距离是多少？如果不能更进一步，是什么原因导致了限制？

鲁豫:20世纪70年代，美国发射了几个著名的探测器，包括先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号和旅行者2号等。这些探测器已经离开了地球，飞到了太阳系的边缘，向着行星际空间空进发。其中，截至2022年1月，旅行者1号与地球的距离估计达到了155.8个天文单位。相对来说，它应该是离我们最远的人造天体，但我们一直无法接收到它的信号。

旅行者一号

人类能亲自去的最远的地方是20世纪60年代开始的载人登月计划。已有6批18名航天员登陆月球，其中12名航天员完成舱外活动，来到月面执行任务。对于地球上的人类来说，月球有38万公里的距离，他们去过最远的地方。

如果人类不能走得更远，原因有很多。简而言之，目前的技术还不足以在更远的距离上支撑飞船的结构、动力、生命保障系统、通信等各个方面。当然，可能还有其他社会或伦理问题。

@怪风吹:天文学对人类的未来有什么作用？目前人类在哪些方面受益于天文学？

鲁豫:首先，我个人的看法是，对包括天文学在内的很多基础科学采取过于功利的态度显然是不合适的。天文学是由兴趣和好奇心驱动的，这就决定了需要从更高的角度去理解这门学科。但是，基础学科当然有用，有用，很棒。天文学也是如此。

在人类诞生初期，天文学是最早被人类关注、研究并用于指导日常生产生活的基础学科之一。我们知道，最早的人类研究的是物理和材料的问题，可能与人们日常的建房和工具制造有关；人需要学习数学，计数和统计应该需求量很大；观察天象，研究日、月、星的运动，用来区分季节，发布历法，指导人们的农业生产。这些无疑都与当时的人类生活息息相关。

通过天文研究，人们在探索和思考一些最原始的问题，从日月星辰的运行规律到宇宙的结构、起源和演化等等。为了让天文学家看得更远，分辨得更细，计算得更准，它将伴随着许多科学理论和工程技术的快递进展，并在成熟时反馈到人类的日常生活中，保护人类，提高整体生活水平。比如对近地小天体的观测，不仅是为了丰富和完善太阳系的演化模型，也是为了尽力预防预警对地球的危险影响，让人类在灾难面前不会像6000万年前的恐龙那样束手无策；爱因斯坦的相对论当然可以解释水星在近日点的进动，但也可以用来校正卫星时钟，使其为地面导航服务…

当然，即使完全不考虑这些，人类还是要追求更多，这是在地球上众多生物中脱颖而出的重要一点。从更高的层面来说，我认为通过对这些问题的思考，推动天文学等不同科学知识在大众中的传播和普及，可以给人类带来一种更加理性、客观、平和的看待世界和问题的方式。我想这应该是天文学和其他基础学科最重要的作用。

人类最大的望远镜空:韦伯斯特望远镜空

@七星:数学对于研究宇宙有多重要？

鲁豫:自古以来，数学就诞生在人类的日常生活中，一直发挥着极其重要的作用。人们需要清点猎物、工具和人口，用数字来跟踪和校准太阳、月亮和星星的运动。数学就像是人类发明的工具；这就像是一种早已自然存在的现象，只是被人类敏锐地把握和提炼了。但随着人类历史的不断发展，人们开始把目光投向天空空而不是满足于地面的基础研究，瞄准了宇宙深处。于是，数学有了很大的发展和进步，反过来又促进了更多惊人的发现。

如果没有数学，我们对整个宇宙的了解可能会进展得非常缓慢，甚至可能会局限于太阳系的这个小区域，努力思考这些不同恒星之间的关系。就像开普勒接受了哥白尼的日心说，作为第谷的助手，他得到了大量的观测数据，他对行星的运动给出了定量的数学解释。这就是著名的行星运动三定律，为建立精确的太阳系模型和预测行星运动奠定了坚实的基础。

然后到了17世纪下半叶，牛顿在思考彗星的运动时，意识到物体在以非线性的方式运动，用基本的代数理论来描述不够准确，于是引入了微积分。莱布尼茨当时是独立做这个的。这一巨大变化使得数学成为一种工具，可以更准确地描述行星和其他天体如何围绕太阳运动。于是在19世纪，当人们用这些工具计算天王星的轨道时，发现与观测到的实际情况有偏差，这直接导致天文学家计算出海王星存在于外侧。这是目前唯一一个先用数学工具计算出位置，再用观测确认的天体。显然，数学让人们对太阳系和整个宇宙有了更深刻的认识。

20世纪以来，量子理论逐渐成型。似乎在量子世界里，牛顿的经典理论并不那么适用。爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，这不仅是物理上的进步，也是数学上的进步。这意味着引力、质量、能量以及整个宇宙都可以从一个全新的角度来描绘。当然，还有很多地方需要纠正和调和，还有很多问题需要解决。这些问题的思考和解决都需要通过数学来实现。

关于宇宙的奥秘，你还有什么疑问？欢迎提问或留言讨论！

编辑:居温韬

校对:蒙銮