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一光年有多长?探测器要飞2万多年,光到达冥王星只需要5.5小时
如今人类已经逐渐走出地球去探索宇宙。
相比之下，对于宇宙来说，地球的确非常渺小。
宇宙中有无数的星系、无数的星球。
太阳系处于银河系中，而宇宙中如同银河系这样的星系也有无数个。
由此我们也能看出，宇宙有多么庞大。
有科学家计算出，太阳可以影响一光年内的天体，因此他认为太阳系的半径可能为一光年。
那么太阳系的边缘究竟在哪里？八大行星中，位于最边缘的一颗行星就是冥王星，可以说到达冥王星，也就意味着已经进入了柯伊伯带。
对现阶段的人类文明而言，一光年意味着什么？一光年究竟有多长？如果以民航飞机的时速为每小时900千米，光一秒能够运动的路程大约是29.98万千米，这意味着民航飞机要达到光一秒钟的路程，大约需要333个小时，相当于19.3天。
由于地球的赤道周长约为4万千米，这说明光每秒钟就能围绕地球转7.5圈。
因此光年的距离，并不适合用于地球。
因为光年这个单位对地球来说，过于庞大。
毕竟对于这个浩瀚的宇宙来说，地球的尺寸的确很小，甚至不及沙漠里的一粒沙。
也就是说想要真正体会一光年的长度，我们需要将视线放到宇宙中。
首先我们要知道地球和月球之间的平均距离约为38万公里。
这意味着一束光从地球出发，到达月球表面仅需要1.3秒的时间。
而地球距离太阳约为1.5亿公里。
按照光每秒30万公里的速度计算，大约需要8分20秒。
显然，人类看到的太阳永远是8分20秒之前的太阳。
就算太阳最终毁灭了，人类也需要8分20秒后才能真正看到。
海王星是太阳系中最远的一颗行星，它距离太阳大约45亿公里。
太阳光想要到达这里，需要花费4个多小时。
冥王星，也就是太阳系内最为神秘的一颗天体，是一颗位于遥远柯伊伯带之间的矮行星，已被剔除小行星身份的冥王星距离太阳更远。
它与太阳的平均距离约为59亿公里。
这说明冥王星上看到的太阳，大约是太阳5.5小时前的样子。
至此，我们不难看出光年是长度单位，指的是光在一年时间中行走的距离，约为九万四千六百亿公里。
光年更正式的定义是，在一儒略年的时间中，即365.25日，每天相等于秒。
在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方，一光子所行走的距离。
由于真空中的光速是每秒299,792,458米，所以一光年就等于9,460,730,472,580,800米，或大约等于9.46拍米。
由此我们也能得出一个惊人的答案，即冥王星到太阳约为0.0006光年。
在直接围绕太阳运行的天体中，冥王星的体积排名第九，质量排名第十。
值得一提的是冥王星是体积最大的海外天体，其质量仅次于位于离散盘中的阋神星。
与其它柯伊伯带天体一样，冥王星主要由岩石和冰组成。
不得不说的是我们的银河系更加广阔，它的直径约为12万光年，而人类可观测宇宙的直径更是达到了恐怖的920亿光年。
如此看来光速在整个宇宙的尺度下又显得十分渺小，而人类如今连太阳系都无法跨越。
当人类将目光转向茫茫宇宙，人们才发现我们是如此渺小。
那么人类想要跨越这遥远的距离需要多久呢？著名的新视野号探测器发射于2006年1月，并于2015年7月14号飞越在冥王星的上空。
新视野号探测器跨越这数十亿公里的距离用了近11年。
然而这一距离光只用了5.5小时。
目前人类飞得最远的探测器是旅行者1号。
2019年10月23日，当时的旅行者1号正处于距离太阳211亿公里的位置，而此时的旅行者1号已经在宇宙中孤独的漂流了42年。
令人诧异的是211亿公里仅相当于光在宇宙中行走了约19.5小时。
其实新视野号并不是人类飞得最远的探测器，旅行者一号才是，它距离我们的地球已经超过了220亿公里，这是旅行者一号飞行了43年的成果。
令人们惊叹的是如此遥远的距离，一束光只需要不到20个小时就能到达。
世界上最快的战斗机能够达到每小时公里以上的速度，你知道吗？这么快的战斗机飞完一光年的距离竟需要年度的时间，这大概需要飞到地老天荒吧？目前人类制造的最快的太空探测器朱诺号木星探测器的速度达到了每小时公里，它飞完一光年需要多久？大约需要4100年的时间。
现在你明白一光年是什么概念了吗？它相当于旅行者1号漂流18,000多年才能走过的距离。
根据现今科学界对太阳系的认知来看，太阳系的半径大约在1到2光年之间。
也就是说人类昌嫌的探测器想要飞出太阳系，差不多需要2万年。
这就是一光年的概念，它足以将人类牢牢的封锁在太阳系内。
最令人绝望的是，无论是光速封锁、材料封锁，还是光速不变原理都告诉了人类任何有质量的物体都无法超越光速。
材料学的猜想还告诉人们，常规推动力能达到的速度上限仅为4000公里/秒。
这一数据是人类征服太阳系后才可能达到的科学成果，如今的我们还差得很远。
这意味着人类引以为傲的化学推进方式和引力弹弓都不可能帮助人类走出太阳系。
在宇宙膨胀的前提下，一束光无法从宇宙的一端飞到另一端。
人类梦寐以求，却始终无法达到的光速也在宇宙的面前成为了龟速。
对此，小伙伴们是如何看待的？欢迎在评论区下方留言。
感谢观看本期视频，我们下期再见。
宇宙有多大
一个充满物质和射线的、致密的、膨胀中的、并且均一的宇宙开始了！在物理定律的作用下，138亿年后形成了我们看到的神奇宇宙，这里有非常多的恒星、星系、星系团、大尺度纤维，这里有数万亿存在岩石行星、液态水和生命的机会。
但目前我们的可见宇宙到底有多大，我们能够探索到什么程度呢？这也是艺术众筹平台Patreon支持者佛雷德里克·马泰楼的问题。
2微米全天巡天的遥远宇宙
宇宙异常广阔，仅仅一个银河系就有难以计数的星系、恒星、气体和尘埃，我们仅能观测到非常有限的东西
Credit: 2MASS
“哈勃极限深场已在一个方向观测到130亿光年远的天体，所以我们是否可以说不管什么方向我们都能看到130亿光年那么远？深空影像展示出新生的星系，它们形态奇怪，内部的第一代恒星也并不多，它们是宇宙大爆炸后不久形成的。我们是不是可以认为整个宇宙的直径是260亿光年？还是我们仅仅能够看到很有限的部分，宇宙远不止那么大？”
哈勃极限深场的遥远宇宙
Credit: NASA/ESA
首先我们从这些人类看到的最远影像开始！哈勃极限深场影像展示了非常狭小的天区——大约是1/，并通过持续长达23天的紫外、可见光和近红外波段观测得到。
影像中发现了5500个星系，其中部分星系是现有宇宙年龄约4%时的影像。
这样推算，可见宇宙可以有1800亿个星系。
但实际上这个数字远远低于真正的数字，大约仅仅是后者的10%。
望向遥远的宇宙，就如同时间之旅，但我们的观测能力还非常有限
Credit: NASA
当我们向遥远的深空观测，同时我们也是在做时光之旅。
星系的光线在宇宙中以光速传播，我们现在所处的宇宙已经138亿年。
当我们观测1亿光年外的天体，其实看到的是1亿年前的影像。
实际上，哈勃望远镜可以看到宇宙大爆炸后仅仅10亿年时的星系。
这些越远的也就是越年轻的星系通常是这样的：体积相对较小、质量相对较小、颜色较淡、亮度较低（因为内部的恒星较少）。
不同时期的星系，右侧是哈勃发现的最早期星系
Credit: NASA/ESA
这样的观测结果很合理：在引力的作用下，这些小的原始星系需要很长时间才能聚合成像银河系这样的大星系。
经过几十亿年，才能在星系团中诞生我们所熟知的椭圆星系。
因此， 在宇宙的初期，一定有非常非常多的星系“种子”。
暗物质流模拟视频
Credit:Ralf Ka04hler
如果我们想要搞清楚到底有多少星系，我们有两种方法：一个是理论上的，我们依据现有物理理论来模拟测算；一个是实际观测的，也就是使用天文望远镜看到的信息。
结合两者有助于我们得到更准确的数字。
2016年的一项研究（附注）告诉我们，整个可见宇宙拥有2万亿个星系。
它们在各个方向较为均匀的分布，较远距离的是大量低质量的星系，大质量星系周围的星系数量较少。
同时，有星系蔟、星系团和大尺度纤维结构连接，在它们之间是引力作用下形成的空洞。
我们的观测能力非常有限
Credit: NASA/ESA
那为什么我们仅仅看到了9%的星系？为什么我们遗漏了如此多数量的遥远星系？
一个简单的原因：很多星系非常遥远以至于我们很难观测到。
50亿光年远的星系已经非常难观测，如果是它在100亿光年外，那亮度会下降到1/4，也就是我们需要花费4倍长时间来观测它。
另一个原因是这些星系并不大，内部的恒星比较少，实在是太暗了。
尽管年轻的星系拥有的亮星比例较高，但一个只拥有1亿颗恒星的年轻星系，亮度仅仅是拥有4千亿颗恒星的银河系的0.1%。
哈勃观测到的遥远星系GN-z11
Credit: NASA
而且，还有其他原因！在异常遥远的宇宙深处，当红移超过6，你不得不考虑中性气体，它们会遮挡部分星光。
也就是我们只能在中性气体较少的方向观测到那些遥远的星系。
最后，还有宇宙红移效应。
宇宙在膨胀，这是大爆炸理论的重要观点之一。
它引起星光波长拉伸，也就是越遥远星系的星光偏红，甚至来自遥远星系的紫外线到达我们地球时已被拉伸成红外线。
宇宙膨胀下距离越远红移值越高
Credit: Larry McNish of RASC Calgary Cennter
哈勃极限深场的能力是探测到波长至1.6微米，即使是理论上它能够看到的距离也是有限的。
这就是为什么我们研发詹姆斯韦伯空间望远镜的一个原因，它可以探测远红外波段至30微米波长，也就是红移探测能力较哈勃提升近20倍。
此外，红外波段光穿透中性气体的能力较强，这意味着2019年詹姆斯韦伯望远镜将观测到更远的暗弱星系。
不同波段的银河系影像
从上至下依次是亚毫米波段、远红外、近红外、可见光。可以看到，在可见光谱段，尘埃和亮星遮住了银核
Credit: ESO
宇宙膨胀不仅造成了如上文描述的红移。
如果宇宙不膨胀，一个星系的光走了100亿年，那这个星系就在100亿光年外。
但这是一个膨胀中的宇宙，现在它已在更远的地方。
根据研究对应关系如下。
詹姆斯韦伯望远镜的主镜
Credit: NASA
虽然我们观测到的遥远星系又暗又小，但它们已经是那个时候宇宙中的大家伙了。
回到138亿年前的大爆炸，就是对应着飞跃460亿光年超大尺度的距离。
2019年，詹姆斯韦伯望远镜将升空，帮助我们揭示更多的未知！
飞行211亿公里，旅行者1号拍的最后一张照片，为什么让人类深思？
为了 探索 系外空间，人类在70年代向太空发射多个深空探测器，它们分别是先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号、旅行者2号，在这些探测器中，贡献最大、最有名的探测器当属旅行者1号，为什么呢？因为旅行者1号探测器号称是人类有史以来最伟大的探测器，它创造了多个史上第一：第一个飞出太阳系的探测器、飞行距离最远的探测器、贡献最大的探测器、速度最快的探测器。
旅行者1号1977年9月5日，旅行者1号被泰坦3号E半人马座火箭送上太空，从此开始了它漫长的太空旅程，经过40多年的飞行，截止2019年10月为止，旅行者1号飞到了距离地球211亿公里外的系外空间，而太阳风外围的距离才有180亿公里，所以理论上来说，旅行者1号已经飞出了传统太阳系边界，当然如果把新发现的奥尔特星云作为太阳系边界的话，旅行者1号其实还是位于太阳系内的，因为奥尔特星云的直径达到两光年，旅行者1号要跨越这层星云飞出太阳系起码需要几万年的时间。
旅行者1号的位置在40多年的漫长旅程中，旅行者1号也为人类做出很大贡献，它是第一个为人类提供木星、土星和它们卫星详细信息的探测器，也是第一个充分验证弹弓效应的探测器，旅行者1号利用地球、火星、木星、土星、海王星的弹弓效应飞出6万公里的时速人造物最高速度，也实现飞出太阳系的梦想，旅行者1号在40多年的飞行中还拍摄很多精美绝伦的宇宙照片，在这些美丽的照片中，有一张照片显得格外显眼，这张照片也是旅行者1号在离开太阳系之前拍摄的最后一张照片，这张照片就是著名的“暗淡蓝点”照片。
旅行者1号拍摄的“暗淡蓝点”照片“暗淡蓝点”照片不仅是旅行者1号拍摄的最伟大的照片，甚至放在人类航天史上也算是最著名的照片之一，这张照片到底记录着什么内容，为何如此伟大？ 这张照片之所以如此伟大，是因为这张照片是旅行者1号从64亿公里外拍摄的一张地球照片，在这张照片中巨大的地球竟然只有一个像素般大小，在人类眼里，地球算是一颗比较巨大的星球，因为曾经有人计算过地球5.1亿平方公里的表面积至少可以站立4000万亿个人，即使是1.5亿平方公里的陆地也可以站立1200万亿个人，由此可见地球是非常巨大的，至少在相对于人类来说，但是巨大的地球在宇宙中渺小得不值得一提。
地球“暗淡蓝点”照片显示地球只有一个像素大小 太阳系中最大行星木星的体积是地球的1300倍，太阳体积则是地球体积的130万倍，也就是说一颗太阳可以装下130万颗地球，而在整个宇宙拥有像太阳这样的恒星数量至少以万亿计，即使我们所在的银河系就有多达1000亿颗恒星，由此可见地球在整个宇宙中到底有多渺小，旅行者1号拍摄的那张著名的照片“暗淡蓝点”也更直观的表现地球在浩瀚宇宙中的渺小程度，很多人看到这张照片都不明白是什么意思，直到有人注意到照片上的那个亮点，才显示出这张照片的与众不同，原来那个小小的亮点就是我们所住的地球，很多人纷纷表示不敢相信或者震惊，这张照片让人震惊之余又让人类陷入了深思，人类一直在思考这样一个问题：人类在宇宙中到底渺小到什么程度？在土星附近拍摄的地球地球和木星大小比较人类在宇宙中到底有多渺小，可以通过对比一下宇宙的天体结构得出答案，宇宙最大的天体结构是什么？很多人第一想到的是银河系，以为银河系就是宇宙中最大的天体结构，其实我们一直错了，在宇宙中还存在比银河系更大的天体结构，而且还不止一个，而是四个，银河系属于宇宙中的星系，比星系还大的天体结构有星系团、超星系团、超星系团复合体和宇宙长城，所以宇宙完整的结构应该是小行星--行星--恒星--星系--星系团--超星系团--超星系团复合体--宇宙长城。
宇宙完整结构图银河系所在的星系团叫做本星系团，直径为1000万光年，是银河系直径（10万光年）的100倍，本星系团又被包含在一个直径为1.1亿光年的超星系团里面，这个超星系团叫做室女座超星系团，在这个超星系团里面至少包含有5000个星系，不过室女座星系团不是宇宙中最大的超星系团，宇宙中最大的超星系团是一个叫做拉尼亚凯亚超星系团的超星系团，它的直径达到5.4亿光年，里面至少包含10万个星系，尽管拉凯尼亚超星系团已经大到无法想象，但是拉尼亚凯亚超星系团在它的上一级天体结构超星系团复合体面前，不过是小巫见大巫，目前科学家在宇宙中发现的最大的超星系团复合体叫做双鱼-鲸鱼座超星系团复合体，直径为10亿光年，几乎是拉凯尼亚超星系团的两倍。
本星系团拉尼亚凯亚超星系团 接下来介绍宇宙中最大的天体结构--宇宙长城，什么是宇宙长城？所谓的宇宙长城就是在宇宙某个区域集中大量的星系、星系团和超星系团，这些星系团发出的亮光形成一条条链条像长城那样宏伟，所以被命名为宇宙长城。
人类在宇宙中发现的最大的宇宙长城为武仙-北冕座长城，你知道它有多大吗？直径整整超过100亿光年，而目前人类可观测的宇宙半径才465亿光年，也就是武仙-北冕座长城的直径达到人类可观测宇宙半径的四分之一多。
宇宙长城武仙-北冕座宇宙长城 在没有介绍这些巨型天体结构之前，很多人都怀疑旅行者1号拍摄的“暗淡蓝点”是假的，他们不相信照片中的地球那么小，可是在知道1亿光年的室女座超星系团、5.4亿光年的拉凯尼亚超星系团、10亿光年的双鱼-鲸鱼座超星系团复合体，乃至100亿光年的武仙-北冕座长城后，人们才相信旅行者1号在64亿公里外拍摄的地球照片是真的，我们的地球在宇宙中真的很渺小，真的连尘埃都不如，人类一直有一个梦想，那就是弄清楚宇宙到底有多大，可是通过这些宇宙天体结构大小的对比，我们才发现：人类在 探索 宇宙道路上任重而道远。
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