dingke5488 发表于 2023-10-14 16:18:49

宇宙有多空旷?

宇宙有多空旷?

basd 发表于 2023-10-14 16:19:46

这是最高赞所用素材的完整版,星河浩瀚!
搬运于微博~每次看都被震撼,5'09'' 处是第一个震撼我到掉下巴的节点,后面就是连着掉下巴。。。。语速略快~
http://pic2.zhimg.com/80/v2-a2348c2c6857f9aadfd7a8c6597ab0c5_b.jpg

https://www.zhihu.com/video/1044736138157785088
更新:https://pan.baidu.com/s/1a2N3_JOtebomMztSajHXAg

licheng 发表于 2023-10-14 16:19:51

作为一名玩了5年天文望远镜的业余天文爱好者,强答一波。以下所有图片都是本人自己拍摄,如有怀疑,本人可放出牧夫论坛链接。如需转载,请征求本人同意。。。
首先放出设备图


http://pic1.zhimg.com/v2-57a1e96f2e4a7acbc8ce4098b359014b_r.jpg?source=1940ef5c

      当你晚上抬头仰望满天繁星时候,你肉眼所能看到的所有星星,除了月亮,木星,火星,金星,土星这五颗外,其他所有星星和你的距离都是以光年计算哦。。最近的也要4光年。。。也许有些星星已经爆炸,只不过光线还没到达地球。ps 天王 海王 冥王及其他小行星肉眼基本看不到。下面我们先从太阳系内看起。
下图中的木星是我14年冬天拍摄,器材是dob10 es5倍 120mm rgb滤镜。。中间就是著名的大红斑,当时这个大红斑有多大呢,基本上里面可以放进去3颗地球。。。今年大红斑小多了,再过几十年可能会消失。。。


http://pica.zhimg.com/v2-c22170115adcbb413c2e5b1ebeae151a_r.jpg?source=1940ef5c

在附两张木星靓照,上面拍于14年11月,下面拍摄于今年6月。


http://picx.zhimg.com/v2-8828797e56935751f7b7997052c4b749_r.jpg?source=1940ef5c

http://picx.zhimg.com/v2-cb8d66801556f7aebb79646b898f4d0c_r.jpg?source=1940ef5c

15年拍的土星,好天气不可得,一直没有拍到理想的土星,器材dob10 120mc。土星光环是很漂亮滴,光环与球体间的缝隙也就能放下两个地球而已。。


http://picx.zhimg.com/v2-2a1adf7de5a4b5a75cdca85cc6910c46_r.jpg?source=1940ef5c

下面是14年底拍的著名的武仙座大星团,梅西耶编号m13,拍摄器材 dob10 尼康d5100。
即使在10寸望远镜 150倍下目视,也是一个满布恒星的小球状,然而就这么小的一个球,他的直径就是令人恐惧的150光年,在这直径150光年的球形里,有大约100万颗恒星。。。。再看看他距离地球的距离,不算太远。。。2.22万光年。。。这样的球状星团,宇宙中不要太多。。。


http://picx.zhimg.com/v2-b87a1283241d407703feb38a08b4baa1_r.jpg?source=1940ef5c

猎户座大星云 梅西耶编号m42 14年冬天拍摄 器材dob10 尼康d5100
猎户座大星云大名鼎鼎,再优秀的郊区环境下随便一个8倍的望远镜就能找到他,直径大概16光年,他在宇宙中的作用就是。。。生产恒星。。。距离地球1500光年。


http://pic1.zhimg.com/v2-3f0d22906090da764e600dcd421040e0_r.jpg?source=1940ef5c

拍的超级烂的m33星系。。。我的dob10实在是不适合拍深空。。。
本星系群第三大星系,仅次于著名的m31仙女座大星系和我们所在的银河系,直径嘛5万光年以上。。距离地球295万光年。。受引力影响,总有一天会和m31一起与我们的银河系相撞。。。


http://picx.zhimg.com/v2-4643e7df52f6b47ac13f84c1176d9e7b_r.jpg?source=1940ef5c

还有一些其他图片就不发了。。。距离太阳系最近的恒星就是三体中三体人所在的半人马座a,我们的邻居恒星系距离我们4.22光年,什么概念呢,目前地球上发射的探测器里,拍摄了冥王星图片的新地平线号的速度是每秒16.26公里,那么以地球现在的科技实力,06年发射的新地平线号探测器从地球出发去邻居家做客需要的时间是9460730472580800除以16260除以3600除以24除以365乘以4.22大概等于7万多年吧。。。那么7万多年以后还会有人类吗。。。
放出一张14年拍的月面图片,这张图片让我坚定不移的相信在月球或者太空中能看到长城完全是扯淡。。。


http://pic1.zhimg.com/v2-b22bf3ef82c13a79355f4080e6cc1178_r.jpg?source=1940ef5c

好邻居大月亮结尾


http://picx.zhimg.com/v2-2f3bc3635513054e3a909dbbb855558f_r.jpg?source=1940ef5c

______8月4号凌晨更新一颗刚刚拍的大冲后的火星,睡觉睡觉

http://picx.zhimg.com/50/v2-103f526fbb97d8a585169c334e442782_720w.jpg?source=1940ef5c

______8月22晚10点新拍火星一张,视宁不同效果不同

http://picx.zhimg.com/v2-1bde952f4f76fff57749620fc16efee0_r.jpg?source=1940ef5c

jiashaopu 发表于 2023-10-14 16:20:48

描述天文现象,尤其是尺寸问题,最大的难点就是形象。对于空旷问题,我试着举个形象的例子:你站在北京西三环的中央电视塔顶的露天平台上,拿着一颗弹珠用的玻璃球,贴近你的眼珠,想象一下你是一个生存在宇宙中的巨人,这粒玻璃球就是太阳。你望向远方,想要寻找离太阳最近的那颗恒星——它大概在——


在哪儿呢?西二环?不是。


天安门?

也不是。
那,是在东三环的中国尊?


不是。


难道在通州?总该是了吧!

还不是。


实际上它在大连。

也就是说,你站在中央电视塔顶,举目四望,穷尽目光可及之处,找不到第二颗玻璃球。

而人类目前飞得最远的飞行器旅行者1号,甚至还没有到达塔底。
地球大概是一粒细沙,你把玻璃球放在头顶的话,地球大概在你的膝盖处;

而人类离开的最远距离(月球),离这粒细沙不过10张纸的厚度远。
10张纸啊!


http://pic1.zhimg.com/v2-71a61c650fab3404ff9cd501ace2de18_r.jpg?source=1940ef5c

目视可见区域内找不到一颗玻璃球,而人类走过的最远距离还不如你的指甲盖长。

____________
评论有人想我出一个临近星系的比喻,这个很好搞,去看卫星夜景就好了。
北京市辖区,就是银河系,忽略天津,周边的三线河北城市就是银河的卫星系。唐山市差不多就是大麦哲伦星系。

那么上海市从规模和距离上,都很像仙女座星系M31。它周边的城市也都是仙女座的卫星系。看起来杭州市很像M33。
然后上海市+北京市+各种周边城市,组成了本星系群。

http://picx.zhimg.com/50/v2-9290f21d6ee5f01973107e9bfeea4944_720w.jpg?source=1940ef5c

忽略天津,北京和上海及周边,像极了本星系群

那么,本星系群所在的室女座超星系团(本超星系团)有多大呢?本超星系团的中心,室女座星系M87在哪?

在东京吗?


不是,太近了。

旧金山够不够远?


也不是。
那只能是南极了。


也不是。
md到底在哪?


让我们来更进一步。现在咱们把北京4环比喻成M31,天津内环路差不多就是银河系,京津城市群就是本星系群。


那么此时的上海差不多就是本超星系团的中心M87了。


错!还不是。

那是东京吗?


不是,差得远。
新加坡?够远了吧?


不是。


实际上它在旧金山。也就是差不多1万公里(折算成直线距离)。

整个地球,基本相当于本超星系团。
那么问题来了,本超星系团相比整个可观测宇宙,有多大呢?


这个问题也不难。我们进一步压缩,现在让你北京五环就是本超星系团了,天安门城楼就是M87,银河系和仙女座星系相当于四环边上两座报刊亭。太阳就是报刊亭里一个原子。


嗯,那么此时地球就是整个宇宙。
<hr/>评论里有人说也不是很大,我有责任,因为我越过了关键的一步:太阳vs银河系。好吧,那么让我们来看看在玻璃球太阳系中,银河系有多大呢?

中国?nonono。


一步到位吧,有地球那么大。


不是。
木星总差不多了吧。


不是。

我曹,难道还能比太阳还大?


是的。
事实上,它们差了一个数量级。大概是10个太阳并排放在一起。

http://pic1.zhimg.com/v2-c11730647e900ad15e14c2826af49755_r.jpg?source=1940ef5c

想象一下左下角地球上的那个玻璃球,vs 10个太阳放在一起的大圆盘。

然后把这一点带入上面的星系对比,你还觉得宇宙不大吗?

浏次最览 发表于 2023-10-14 16:21:20

简单的回答是:宇宙非常非常非常的空旷。
我们先从微观世界开始。组成我们周围世界和我们自己的是原子。我们知道,原子很小。
如果把一个原子放大到一颗玻璃球那么大。

http://picx.zhimg.com/ba8414293e41b41cd8aec54d8ddf7f29_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
https://youtu.be/_lNF3_30lUE
你的拳头会有多大呢?

http://pica.zhimg.com/2c83495ade9e52140391e84163cd4a35_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
https://youtu.be/_lNF3_30lUE
答案是:和地球一样大。
然而,原子内部基本上是空的。原子包含原子核和电子,剩下的是大量一无所有的空间,大概有这么多:

http://pic1.zhimg.com/f90e04abd8fce80aaee318d25ff3c263_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
https://youtu.be/_lNF3_30lUE
如果把这些空间都压缩掉,全世界人口只有这么一勺:

http://picx.zhimg.com/7c0a188897169fe95e6f41385cd92c6e_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
https://youtu.be/_lNF3_30lUE
再来看看空旷的太空。
关于地球和月球,我们常常看到这样的图片。

http://pic1.zhimg.com/b0ffa09ee99ead49a2bae21c685d3807_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
https://www.flickr.com/photos/ugordan/2237142824
但是,它并没有体现出真实的比例。真实的比例是这样的:

http://picx.zhimg.com/2f3ff1540afeccb1893ead9f260cf7c0_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
Every planet in our solar system could fit between Earth and the Moon
我们熟悉的太阳系主要是太阳和八大行星,其中最远的海王星距离太阳30个天文单位,即地球-太阳距离的30倍。其实,所有这些大行星都可以排列到地球和月球之间这0.0026天文单位的距离内:

http://pica.zhimg.com/0c404d20732c60796a9e935c3dbbaa3f_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
Every planet in our solar system could fit between Earth and the Moon
这个范围内包含了太阳系的绝大部分物质,但是却远远不是太阳系的边界。来看看现在认识到的太阳系有多大吧。

http://pic1.zhimg.com/87af07a060668e9d3b0565f6232d1770_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
Solar System
1. 内太阳系。最外层的行星是木星
2. 外太阳系。最外层是柯依伯带和冥王星。
3. 小行星Sedna的轨道。
4. 奥尔特云的内层。
下面来看看银河系。
恒星密度指单位空间中恒星的数量,这个概念可以告诉我们银河系有多空旷。
太阳附近的恒星密度是每立方光年有0.004颗恒星,也就是说250立方光年才会有一颗恒星。太阳的体积是1.41 x 10^18立方公里。就是说,这个空间的大小是太阳的1.5 x 10^23倍。
这相当于在地球这么大的空间里,只有一个足球。

http://picx.zhimg.com/c0529c544546cdf5a1a41f0664d8041c_r.jpg?source=1940ef5c
银河系中有超过70%的是比太阳更小的红矮星,放在这样的空间中,它们相当于乒乓球的大小。
银河系中心和球状星团都是恒星最密集的地区,可以达到太阳附近物质密度的500倍。相当于在地球这么大的空间中放500个球。
银河系以外,是以十万或百万光年计算的虚无。下图是我们知道的所有宇宙空间。

http://picx.zhimg.com/c5142dcf6e00ed77be5db5e47419c656_r.jpg?source=1940ef5c
图片来自
Local Group
如果把所有的物质分摊到这个空间,它的密度是每立方米6个质子。地球这么大的空间,它的质量只有1粒沙。

http://picx.zhimg.com/045ddbc31bb17990c14e23c65d5f2acc_r.jpg?source=1940ef5c

最后,我们眼中一无所有的真空,其实充满了量子起伏,无数的粒子和反粒子在其中出现,消失。从某种角度来看,其实这是一个喧嚣的宇宙。

wyg0921 发表于 2023-10-14 16:21:46

我来随便说两句......
宇宙太空旷啦!(答主说了一句废话......)
渺小的人类啊!(答主又说了一句废话......)
就酱。


当然啦还是能通过一些办法直观感受一下的。
我觉得「空旷」可以大致可以分为两个层次:
一种是恒星级别的空旷,恒星间一般相距数光年至数百光年不等。
另一种是星系(群、团)级别的空旷,这个尺度太大,思索许久我决定还是上个图解决吧......
其实以人类视角观察,太阳系也足够空旷了
,不过与前两者相比简直不值得一提。(不过在本回答中是有提及的哟,请留意彩蛋)
接下来就重点说说恒星级别的空旷,再以此为基础挑战一下星系(群、团)级别。
恒星级别的「空旷」
首先请各位接受这样几个设定:

[*]两两恒星间存在一条高速公路,每条高速公路上没有任何自然/人造光源。
[*]每颗恒星都是一个收费站,自带光芒。
[*]高速公路没有服务区。
这样一来一个庞大而没有路灯且没有服务区的「银河系高速公路网」就建立起来了。

http://picx.zhimg.com/50/d569c5198c6c0597b0ac58c81e4c224f_720w.jpg?source=1940ef5c

万恶的银河系高速公路网哼。
那整个高速公路网有多少收费站呢?大概四千亿个吧。


http://pic1.zhimg.com/315963877c8371c7fe2db9234d5ee380_r.jpg?source=1940ef5c
(银河系高速公路网四千亿收费站分布模拟图,咦,好像有点多 来源:NASA)
这哪叫有点多!!!区区一个银河系居然有四千亿个收费站!!!某天朝也不会那么丧心病狂好吧!!!
为方便表达,请允许我建立一个很奇葩的比例尺,这个比例尺的大小是:
https://www.zhihu.com/equation?tex=1%2F1%2C495%2C978%2C707%2C000

读作「一比一点五万亿」,没记错的话一般地图的比例尺大概也就是百万级别,你们感受一下。简单来说就是将日地距离当作一分米。光线走这「一分米」的距离也需要差不多八分半钟。

天文学上有个叫「秒差距」(pc)的距离单位,在当前比例尺下,

https://www.zhihu.com/equation?tex=1+pc%3D20.6265km
.
目前估计银河系直径约为31-37kpc
,取中间值34kpc,那么我们就把银河系压缩成直径
https://www.zhihu.com/equation?tex=20.6265%5Ctimes+3.4%5Ctimes+10%5E%7B4%7D+%3D70%5Ctimes+10%5E%7B4%7D+km

的一个玩意,这大约是地月系的大小。
嗯比例尺也设定好了,我们先来看看距离太阳 100 千米(5 pc)以内的收费站有多少。
目前知道的有 54 个


http://picx.zhimg.com/401b1c92c9f36f8cd2275f190959d57a_r.jpg?source=1940ef5c
看上去 54 个好像很多的样子,可是他们可不像地球的收费站分布在同一个平面上。
再来看看太阳附近几个著名「收费站」的距离。
首先是最近的比邻星(1.295 pc),也就大概 27 千米的样子,好像不太远嘛!

但是别忘了,两个收费站之间没有任何自然/人造光源。

看看全银河系(地球人看起来)最亮的天狼收费站(2.64 pc),54千米,相比比邻星远了一倍。然后是著名情侣收费站牛郎(5.14 pc)织女(7.68 pc)​,两者分别距离我们太阳 106 千米(牛郎)以及 158 千米(织女)。

用了一个如此小的比例尺虽然还是异地恋,但是牛郎织女愉快地表示终于摆脱了一年只能滚一次床单的设定啦。



http://picx.zhimg.com/44d532fbe2b83df9acec1c01c691f96a_r.jpg?source=1940ef5c
(太阳(系)附近的大型收费站 作者:Andrew Z. Colvin)

图中显示了距离在 300 千米内(约 15 pc)的大型收费站分布。维基百科上有个完整统计,粗略数了一下,接近 300 个。

再来看看人们熟知的北极星收费站(132pc),其实人家的正式名称叫「勾陈一」。勾陈一收费站距离太阳约 2700 千米。

我百度了一下,这个距离大概是广州到北京的距离(高速公路约 2170 千米)。


先不说少算了 500 千米,想象一下,从广州开车到北京,
全。程。没。有。光。源。哦。亲。
连。服。务。区。也。没。有。哦。
上。厕。所。都。成。问。题。哦。

你们感受一下。

--------------------我是脑洞的分割线--------------------

如果用同样的比例尺换算太阳到银河中心收费站的距离(8.34 kpc)
,那已经跑出地球了,一旦跑出地球,感受就不直观了,于是我很机智地在比例尺的分母最后又加了一个零,变成这样:
https://www.zhihu.com/equation?tex=1%2F14%2C959%2C787%2C070%2C000

日地距离相当于一厘米。身边有尺子的话可以拿出来比划一下,此刻太阳和地球就在大家的指尖。
这个时候银河中心收费站有多远呢?假设你手捧着太阳以及八大行星(此时太阳和海王星之间的距离只有 30 厘米)站在广州塔塔顶,

http://picx.zhimg.com/72dac57f1b6716e30c71216b604b1695_r.jpg?source=1940ef5c

大家猜猜银河系中心在哪儿?

http://picx.zhimg.com/94910f55669cbc3172401f2f199617e3_r.jpg?source=1940ef5c

哟,那不是耶稣基督嘛。
PS:当日地距离等于一分米时,八大行星到太阳的距离是这样的:


http://pica.zhimg.com/fc7ba8d48874023d9e3942eab37a4acf_r.jpg?source=1940ef5c

红圈部分,单位分米。

距离最远的海王星离太阳约 3 米。如果在大学宿舍放这样一个太阳系,水金地火能放在桌子上,而海王星应该在门口外了。
不要嫌小哦~不然来看看这个:If the Moon Were Only 1 Pixel

打发时间必备神器。

--------------------我是脑洞的分割线--------------------

星系(群、团)级别的空旷

现在大家应该会有「银河系好像还挺空旷」的感觉。以此为基础咱们来感受一下「空旷」的宇宙(题主比较懒就直接搬运维基百科了,原作:Andrew Z. Colvin):

银河系。其实这样子看一点也不觉得空旷对吧......



http://picx.zhimg.com/c13c2d9285fcaec2eae5a4e4876553b6_r.jpg?source=1940ef5c

本星系群:



http://pica.zhimg.com/c2a199243e326c5a64274d678dd2f91b_r.jpg?source=1940ef5c

室女座超星系团(图中一点代表一个星系):



http://picx.zhimg.com/4ec81456a162b492cd6562da8614924c_r.jpg?source=1940ef5c

本超星系团:



http://picx.zhimg.com/649d99b3ea756f26db0757a4d5b38bc1_r.jpg?source=1940ef5c

无语凝噎......



http://picx.zhimg.com/5d9a38154b1e2ce899705e0a541010cf_r.jpg?source=1940ef5c

总体来说星系在宇宙的分布相对均匀,但在局部存在聚集现象,从而形成不少空洞。这些空洞是如此之大,不是我等人类的脑洞可以比拟的......
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