当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-01-17

当你抬头仰望星空的时候,你见到的并非此时此刻,而是过去。

我们感受到的其实都是“过去”。天空一道闪电,几秒之后我们听到远处传来雷声。不止听,我们看到的也是过去的景色。

声音的速度大约是3秒1公里,光速则是每秒30万公里。当我们见到三公里外有一处闪光,其实我们见到的是百分之一毫秒之前发生的事情。虽然这时间差可以忽略不计,但几秒、几分、几小时甚至几年,我们可以用望远镜朝着更远的地方看去,看到更远的过去。

如果你真的想“回到过去”,你得抬头。

当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

我们抬头看月亮时,看到的是一秒钟之前的月亮。图:G.Hüdepohl/ESO, CC BY

月亮是离我们最近的天体邻居,上面有山谷、山脉还有火山口。

它远在38万公里以外,所以光从月球到地球需要1.3秒。此月亮非彼月亮,我们见着的是1.3秒以前的月亮。

在这1.3秒内月球当然没什么太大变化,但在航空任务的控制中心与月球上的宇航员交谈时,就会感受到这1.3秒的延迟。无线电是以光速传播,所以控制中心的信息需要1.3秒才会到达月球,而宇航员的回信最快也一样需要1.3秒。

与月球之间的无线电通信有明显的时间延迟。

时分

想看更远的过去不是什么难事。太阳离我们大约1.5亿公里远,所以你一抬头就能看到8分钟之前的太阳。

即使是离我们最近的金星和火星,也远在数千万公里之外,所以我们之间的时间差一样也有数分钟。当火星转到离地球最近的时候,我们见到的大约是3分钟前的火星,但若是其它时候,光从火星来到地球就需要20多分钟了。

当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

光从火星到地球的时间随着距离的变化而变化。图:NASA, ESA, and Z. Levay (STScI), CC BY

如果你在地球上控制火星探测车,那事情就有趣了。当你以1公里/时的速度驾驶探测车时,由于光速的限制产生的时差,虽然你此刻看到的是平原,但探测车可能已经跑到200米以外的坑坑洼洼里了。所以当你命令探测车停下时,它其实还会往前再开200米。

这么说来,火星探测漫游者的两辆探测车都没有打破任何速度记录,而是一直以每秒5厘米(0.18公里/小时或0.11英里/小时)的速度在行驶就不足为奇了。也因此,探测车需要遵循车载电脑里精心编好的程序前进,以防失事。

当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

光速的限制给火星任务带来了一些挑战。图:NASA/JPL-Caltech/MSSS

如果再远一点,土星,离地球最近的时候也有10多亿公里,所以我们看到的其实是一个多小时前的土星。

当2017年卡西尼号坠入土星的大气层发出剧烈的回声时,我们再听到已经是一个小时后了。

夜空繁星点点,都是些非常遥远的恒星,距离以光年计,即光一年内行驶的距离——约有9.5万亿公里。

而人肉眼可见的半人马座a星,其与地球之间的距离是太阳和地球之间距离的27万倍,大约4光年,所以我们看到是半人马座a星4年前的样子。

当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

夜空中一些扑闪扑闪的星星都是在几百光年之外。图:Y Beletsky (LCO)/ESO, CC BY

没有最远,只有更远。比如猎户星座的一等星参宿四,离我们大约640光年。如果参宿四明天就爆炸(而且它总有一天会爆的),等我们发现已经是600年以后了。

即使不借助望远镜,我们一样能看到很远的地方。仙女星系和麦哲伦星云离我们相对较近,它们的亮度足以让我们用肉眼看到。

和仙女星系距离地球250万光年这个数字相比,麦哲伦星云的16万光年简直是小巫见大巫。作为参考,人类在地球上蹦跶的历史大约是30万年。

当光以有限的速度传播时,我们能看到星际尘埃周围一阵阵光的回波。

数十亿

数百万光年尚且肉眼可见,如果是数十亿光年以外的呢?用一台业余的望远镜就够了。

当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

虽然类星体3C273远在数十亿光年以外,但用一台小小的望远镜就能看到。图: ESA/Hubble & NASA, CC BY

类星体3C273的明亮程度甚至超过了单个星系,它是由一个巨大的黑洞作为能量供给。因为它距离地球有25亿光年,所以你可以用一台20厘米口径的望远镜来观测。

直径越大,看到的就越远。来自莫纳什大学的天文学副教授Michael J. I. Brown曾用一台直径为1.5米的望远镜观测过类星体APM 08279+5255,虽然看上去只是一个微弱的小点,但也情有可原,毕竟它离地球有120亿光年。

地球尚且只有45亿年的历史,宇宙本身也仅有138亿年。亲眼看到类星体APM 08279+5255,四舍五入一下就相当于是回顾了整个宇宙的历史。

当我们抬头仰望星空时,其实看的是过去

只要望远镜足够大,你就能看到120亿年前的类星体APM 08279+5255。图:Sloan Digital Sky Survey, CC BY

所以你要记住,当你抬头仰望星空的时候,你见到的并非此时此刻,而是过去。


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