宇宙浩瀚無垠，人類孜孜以求試圖了解我們?cè)谶@個(gè)“有限無界”的宏大系統(tǒng)中的位置。從太陽系，到銀河系，再到本星系群，甚至到可見宇宙，地球在這些巨大的尺度中是否微不足道？

天文學(xué)家卡爾·薩根曾在《暗淡藍(lán)點(diǎn)：探尋人類的太空家園》一書中形象地描述地球是一粒懸浮在陽光中的塵埃。薩根是在什么參考物下做出了這番生動(dòng)的描述？如果地球是一粒塵埃，那么人類在歷史上偉大里程碑——登月，是否顯得毫無意義？

▲圖1：圖片中暗淡藍(lán)點(diǎn)是1990年2月14日由NASA的旅行者1號(hào)在距離太陽37億英里（60億公里）的地方拍攝的地球。這張照片啟發(fā)了天文學(xué)家卡爾·薩根(Carl Sagan)的書名《暗淡藍(lán)點(diǎn)：探尋人類的太空家園》。圖源：NASA/JPL-Caltech。

01

宇宙的尺度有多大?

宇宙的尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的日常經(jīng)驗(yàn)，讓人難以想象。我們希望盡可能具象化，直觀地去認(rèn)識(shí)和了解這些巨大尺度的系統(tǒng)。從最熟悉的天體地球開始，它的直徑約為12742 km，這似乎并不大，至少可以想象。我以100 km/h的車速晝夜不停僅僅需要不到5天半的時(shí)間變可以走完。地球和其他行星、太陽以及小天體共同構(gòu)成了太陽系。太陽系的直徑大約為287.46億km，其邊界延伸到奧爾特云，那里是冰冷彗星的故鄉(xiāng)。這個(gè)距離似乎突然就變大了很多，以100公里每小時(shí)的車速走完太陽系直徑大約需要2160萬年。

然而，太陽系在銀河系的尺度中依然顯得十分渺小。銀河系的直徑約為10萬光年，即以光的速度(約300000 km/s)走10萬年，這個(gè)范圍包含約2000億顆恒星，且每一顆恒星可能都有自己的行星系統(tǒng)。太陽系在銀河系中僅占據(jù)一小塊區(qū)域，位于銀河系的獵戶臂中。銀河系之外是更為龐大的本星系群，本星系群包括大約54個(gè)星系，其中最大的兩個(gè)是銀河系和仙女座星系，它們之間的距離大約為250萬光年。

再往外看，本星系群只是宇宙中無數(shù)星系群之一，所有這些星系群共同構(gòu)成了我們所能觀測(cè)到的可見宇宙。在此，既不對(duì)不可知宇宙展開想象，也不對(duì)宇宙一詞作語義學(xué)討論。所謂可見宇宙是指天文學(xué)家將以觀測(cè)者為中心所能探測(cè)到的時(shí)空。目前根據(jù)歐空局(ESA)的普朗克衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)計(jì)算出的可見宇宙直徑約為900多億光年，另一方面對(duì)中微子的研究或許能讓可見宇宙的直徑提高到930多億光年，即以光的速度經(jīng)過930億年所走過的距離(約8.8×1024 km)，這的確是一個(gè)天文數(shù)字! 地球在可見宇宙的尺度下，微不足道。

▲圖2：地月系統(tǒng)、太陽系、銀河系在可觀測(cè)宇宙的位置。圖源：Miracosta Oceanography 101。

我們現(xiàn)在可以重新審視卡爾·薩根是在什么樣的比例尺中把地球形容為一粒塵埃的。塵埃的典型直徑約為1微米，如果塵埃之于地球作比，比例系數(shù)約為7.85×10-14；那么只有地球之于銀河系的比例系數(shù)的數(shù)量級(jí)是相一致的，即約為1.35×10-14。當(dāng)我們與卡爾·薩根站在銀河系的尺度下看，地球就是一粒塵埃。

02

人類的探索之旅走到了哪里？

即便地球在銀河系中渺小如塵埃，人類依然憑借無盡的好奇心不斷向外探索。自1959年蘇聯(lián)首次探測(cè)月球，1969年阿波羅11號(hào)成功登月，到如今的旅行者1號(hào)飛越太陽系邊界進(jìn)入星際空間，人類對(duì)宇宙的探索一步步向前推進(jìn)，范圍也逐漸擴(kuò)大。

▲圖3：旅行者1號(hào)的旅程代表了人類向星際空間探索邁出的重要一步。圖源：NASA/JPL-Coltech/JHUAPL.

每一次探索任務(wù)，都是人類理解太陽系乃至更廣闊宇宙的關(guān)鍵一步。通過對(duì)月球、火星以及其他行星的探測(cè)，我們不僅加深了對(duì)太陽系的理解，也在不斷尋找潛在的宜居之地，試圖找到地球之外的“第二個(gè)家”。

▲圖4：分別為在月亮和火星上移居的概念圖。

如果把銀河系比作地球，那么人類登月的距離相對(duì)于銀河系的尺度，就相當(dāng)于神經(jīng)元的大小。新的神經(jīng)元可以讓我們?cè)谂P室做夢(mèng)，而登月卻可以讓我們?cè)谛请H造夢(mèng)。我國不僅發(fā)布了在2030年實(shí)現(xiàn)登月的計(jì)劃，哈工大甚至發(fā)布了基于月球天然溶洞的基地建造方案。

▲圖5：月球表面的溶洞。這種溶洞不僅可以抵御微流星雨撞擊和宇宙射線等輻射，內(nèi)部溫度較為穩(wěn)定，在零下20攝氏度左右，而且多位于月球南極附近，這里具有豐富的冰水資源。

月球被認(rèn)為是通往太陽系其他星體的中繼站。在月球上建立基地，不僅可以研究月球資源的利用，如開采月球上的氦-3用于核聚變，還可以作為發(fā)射深空探測(cè)器的前哨基地。由于月球的引力比地球小，從月球發(fā)射航天器所需的能量也更少，這將大大降低未來深空探測(cè)的成本。

▲圖6：基于月球表面的溶洞的理想月球基地。圖源：中國地質(zhì)大學(xué)行星科學(xué)研究所。

03

結(jié)語

人類探索宇宙的旅程，始于對(duì)星空和生命的好奇。宇宙之大，無邊無際，正是因?yàn)檫@種浩瀚與未知，激發(fā)了我們的“異想天開”。從地球到月球，再到整個(gè)太陽系，人類在探索的道路上從未停止。仰觀宇宙之無窮，俯察人類之渺小，我們深知自己的微不足道，但也深知，正是這種不滿足于現(xiàn)狀的精神，才推動(dòng)我們走向更遠(yuǎn)的未來。未來，我們或許會(huì)在月球建立永久基地，或許會(huì)在火星上種植第一棵植物，甚至可能會(huì)邁出太陽系，前往其他系外行星。

▲圖7：部分已被探測(cè)到的系外行星的概念圖。圖源：

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