银河系的直径是20万光年,20万光年是什么意思,是以光速跑20万年吗?

澤偉86


答:20万光年,就是指以光速飞行20万年的距离,也就是189亿亿公里,相当于在地球和太阳之间往返63亿次。


“光年”是天文学上常用的距离单位,表示光在真空中传播一年的距离,光速c=299792458米每秒,一年取365.25天,于是:

1光年=299792458*365.25*24*3600

=9.46*10^12公里;

既一光年大约是9.46万亿公里,要知道太阳光从太阳表面到达地球需要约8分钟,所以一光年的距离是非常远的,相当于绕地球2.365亿圈。


坐落在我国河北的郭守敬巡天望远镜,给出的最新数据显示,我们所处的银河系直径高达20万光年,远比科学家原先估计的范围大(最初认为是10光年,后来更改为16万年),主要得益于观测手段的进步,使得以往无法观测到的黯淡天体被科学家监测到。

在夏天的夜晚,我们有机会看到夜空中一条明暗相间的银河,这正是银河系的截面投影,因为我们太阳系处于银河系当中,所以我们无法直接看到银河系的全貌。


但是科学家经过与河外星系的对比,勾勒出了我们银河系的形状,我们银河系属于棒状星系,猜测在数十亿年前由两个大星系相互碰撞融合而成,银河系有110亿年的历史,我们太阳系有46亿年的历史。

银河系相对于人类来说实在太广袤了,但是和可观测宇宙比起来,又是微不足道的,比如:

(1)银河系的姐妹星系——仙女星系,距离地球有254万光年;

(2)天文学上漂亮的南风车星系,距离地球有1500万光年;

(3)哈勃望远镜拍摄到的玫瑰星系,距离地球有3亿光年;

(4)我们的可观测宇宙,直径高达930亿光年呢!


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艾伯史密斯


首先确认一个概念,就是光年,光年不是时间单位,而是一个长度单位。简单说就是光线在真空中走一年所经过的距离,我们知道光速在真空中是30万千米每秒,严格说是299792458米/秒,那么光速走一年的距离大约是10万亿千米。

这是一个对于目前人类来说非常遥远的距离,太阳系的直径大约是2光年,那么半径为1光年。美国在上世纪70年代发射的旅行者号飞船至今为止已经飞行了近50年,那么总共飞行距离达到了200多亿千米,但是这大约只有1光年距离的万分之一。

因此,光年是一个非常大的距离单位。那么银河系的直径是20万光年,也可以理解为即便是以光速,还需要20万年才能从银河系的这一头飞到那一头。

受观测技术的限制,之前我们一直认为银河系的直径为10万光年,但是,根据最新的观测数据表明,银河系要比10万光年更大。应该在16万到20万光年之间。

其实,这里可能还是有个误会,这个16万也好,20万也好,不是说银河系的主体直径,而是指的银河系边缘。

我们通常看到的银河系模型是一个带旋臂的漩涡状,这是银河系的主体,叫做银盘,银盘的直径在8万到10万光年之间,银河系的大部分天体都集中在这里。不过,在银盘之外,还有天体存在,只是比较稀少,银盘之外是银晕,这里存在一些球状星团。在银晕之外还有银冕,这里的天体数量更少,但依然是银河系的范围。

我们说的20万光年,指的是这里的范围,而银盘的大小没有变化,还是8到10万光年。


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根据近些年的研究,银河系的直径最大可达20万光年。那么,20万光年意味着什么呢?天文学家如何测出来的呢?

20万光年表示长度,即光在真空中前进20万年的距离。光速是最快的速度,每秒将近30万公里。既然以光速都要走20万年,天文学家又是如何知道银河系的直径呢?

诚然,光走20万光年的距离需要20万年的时间,但这不代表我们无法在短时间内测出这个距离。在太阳系中,测定天体的距离时,可以向天体发射电磁波(也就是光),然后等待电磁波反射回来,通过测定时间差就能知道距离。

然而,我们不可能以这样的方式来测定银河系的直径,等上20万年不现实。再加上技术限制,用电磁波法来测量银河系直径更是天方夜谭。天文学家有其他方法来测量银河系的大小,不需要等待漫长的时间就能测出。

银河系的结构

通过观测银河系中的恒星分布以及河外星系,天文学家知道银河系是一个圆盘状的结构,中心部分有些隆起,并且太阳系远离银河系的中心,处在银河系的猎户臂上。基于这些信息,只要测出太阳系与银心的距离,以及太阳系与背对银心方向的银河系边缘的距离,就能知道银河系的直径。

因此,测量银河系的直径,就等于测量遥远恒星的距离。恒星的测距方法通常包括三角视差法、主序星拟合法、造父变星法。在测量银河系直径时,主要依赖于三角视差法和造父变星法。

测距方法

三角视差法是一种几何方法,我们在某一时间观测一颗恒星的位置,半年后,地球转到太阳的另一侧,我们再观测这颗恒星的位置,其位置相对于背景恒星是不重合的,这会出现轻微的视差。只要测出视差角,由于日地距离已知,根据三角函数即可算出距离。天文学中最常用的长度单位“秒差距”就是来源于此。

造父变星是一种特殊的恒星,它们的光度变化表现出稳定的周期性。由于造父变星的光变周期和绝对星等之间存在直接的关系,只要测出造父变星的光变周期,就能知道它们的绝对星等,再结合它们的视星等,就能知道它们离我们有多远。

银河系的大小

目前,天文学家测出的银河系直径介于10万至20万光年,恒星盘厚度约2000光年,太阳系离银心大约2.6万光年。另据估计,银河系中存在大约1000亿至4000亿颗恒星,恒星与恒星之间的平均距离约为4光年。

除了恒星和星云等普通物质之外,银河系中可能还存在着大量的暗物质。这种神秘的物质笼罩着整个银河系,形成了被称为暗物质晕的结构,它从银心向外延伸可达30万光年。暗物质的含量远超普通物质,它们产生的强大引力维持住了银河系的结构。


火星一号


首先说明一点,之前很长时间银河系直径一直被认为是10万光年,不过去年我国的郭守敬望远镜发现了银河系直径远不止10万光年,达到了20万光年!

这也是人类观测水平不断提高的结果,当然科学家们认为20万光年也可能不是最终的结果,银河系还可能会更大!

那么银河系直径20万光年是什么意思呢?

其实很简单,“银河系直径20万光年”与“地球直径12756千米”是一个意思,因为光年和千米都是距离单位,甚至与“你的身高1.8米”也是一个意思!

一光年,就是光速跑一年的距离,也就是以30万公里/秒的速度跑一年的距离,这个距离大约是94600亿千米!

所以,20万光年简单理解就是光飞行20万年的距离,以光速飞行20万年的距离,当然也只有光这种这得信息的物质能以光速飞行,其他物质都不可以!

不过虽然我们不能以光速飞行,这并不代表着我们飞行20万光年穿越银河系花的时间一定超过20万年。按照狭义相对论中的时间膨胀原理和尺缩效应,如果我们的速度足够快,足够接近光速,你穿越银河系的时间会远小于20万年!


宇宙探索


光年是距离单位,意思就是光走一年所经过的距离,你的理解没错,20万光年就是以光速跑20万年的长度。

银河系的直径大约10到18万光年。

其中银晕大约18万光年,在银晕外面还存在着一个巨大的呈球状的射电辐射区,叫做银冕,银冕至少延伸到距银心32万光年远。

光速大约每秒30万公里也没错,并且真空中的光速是已知最快的速度,没有任何具有质量的物质可以超过这个速度。

说道测量银河系的跨度或者遥远天体的距离,方法有很多,也较复杂,我简单介绍几种。

太阳系内的距离测量就不说了,人类的探测器已经飞到柯伊伯带了,这个距离内可以测量的很精确了。

对于距离太阳系较近的恒星,主要的测距方法是视差法。当地球绕着太阳公转时,邻近恒星的位置相对于更遥远的背景天体会有些微的变化。这种变化可以转换成一个等腰三角形,地球在太阳两侧的两点间直线是这个三角形的短边,这个短边长度是固定的,就是两个天文单位,三角形的长边则是地球到该恒星的距离。这个角度的改变量非常小,测量出1角秒变化的距离是1秒差距,相当于3.26光年。随着天体距离的增加,测量得到的角度变化值就越小,而这个值的倒数就是秒差距的值。所以通常以秒差距来表示天体的距离,不过在一般的场合与大众化的媒体上,都会将秒差距转换成光年来表示距离。

另一种常见的方法是利用造父变星作为标准烛光来测距。造父变星是一种非常明亮的变星,其变光的光度和脉动周期有着非常强的直接关联性,它是建立银河和河外星系距离标尺的可靠且重要的标准烛光。

还有很多种利用多种天文学规律的方法来测量距离,比如利用威尔逊-巴甫效应,利用超新星等等方法,描述起来比较复杂,这里就不深入讨论了,感兴趣可以搜索各种百科网站上的介绍。


心系宇宙天地宽


光年是天文学上常用的距离单位,简单理解就是真空中光速飞行一年的距离。太阳系的直径是2光年,银河系的直径是20万光年,太阳系位于银河系的一条旋臂之上,距离银心大约2.6万光年,差不多“二环”的位置。银河系的直径数据从最初的10万光年到16万光年,再到最新的20万光年,数据是逐渐增长的,这并不是银河系在变大,而是我们的测量技术越来越发达


对于银河系直径的测量或者说是计算本质上并不难,首先我们要对银河系的结构有一个充分的认识,银河系属于一个棒旋星系有中心核球,整体呈现出盘状。这是人类科学家经过数百年的观测总结出来的,虽然“只缘身在山中”我们无法对银河系从上帝视角进行观测,但是宇宙很大星系众多,大体上也就分为几类如下,对于其他星系的观测有利于我们了解银河系。

掌握了银河系中恒星和星团的大体分布位置以及整体的结构性状,最后一步就是通过天文望远镜测量星团恒星的距离,最终计算出银河系的直径。根据距离不同有不同的测量方法,例如地月距离38万公里,可以直接发射一束激光到地球后被反射接收简单方便。测量日地距离可以应用金星凌日的办法测量,距离更远的恒星有三角视差法,距离再远就用造父变星法。



20万光年对于人类文明来说是遥不可及的,即使面对直径大约两光年的银河系,人类都很难飞出去。1969年NASA发射了旅行者一号星际探测器,目前仍在星太阳系外飞行,飞行了42年大约距离我们220亿公里,如果按照目前的速度飞行一光年,大约需要17600年。


光都需要飞行20万年,人类很大可能是没有机会飞出去看看了。当然爱因斯坦给我们留下了希望,首先是狭义相对论的时间膨胀效应,只要保证接近于光速飞行,在飞船中的一百年,也许就能飞出银河系。再有就是广义相对论预言的虫洞,这是星际旅行的最佳途径,但是目前并没有发现虫洞的存在。


科学黑洞


感谢提问!近来写了不少与光年和银河系有关的问答,有网友问为何之前课本上所学的银河系直径为10光年,而在近期对银河系直径的描述却变成了20光年,是写错了还是宇宙膨胀了?

其实这两个数值并没有“错”,前者是老的版本(是美国女天文学家亨丽爱塔·勒维特于1912年“测量”的),代表了历史观测水平,而后者是结合了最新的观测技术推演而来,代表的是当前的科学水平。而关于宇宙的膨胀,据科学观测发现,银河系以外的天体都在离我们远去,美国天文学家哈勃总结了后退的速度与距离的关系,即距离越远后退的速度也越快,这就是著名的哈勃常数。

确实,银河系直径为20万光年,表示即使是光速也要穿行20万年。我们都知道,光速是目前已知的宇宙中最快的速度,一光秒≈30万千米,而一光年的距离表示约10万亿千米,代表的距离十分遥远,因此光年属于常用的计量天体距离的单位。

像M87黑洞距离地球5500万光年表示的是我们现在看到的黑洞照片,其实是5500万年前该黑洞的面貌,而比邻星虽然是距离太阳最近的恒星,只有约4.22光年,但这个距离对于当前人类的科学技术一样是难以企及的,因为4.22光年等于3.99246E+13千米,即使是每秒约17千米的宇宙探测器也要飞行74470.58824年,可想而知,要想飞出银河系简直非猴年马月能形容的。

既然银河系直径规模达20万光年,科学家是如何“测量”的呢?

科学家对银河系大小的测算和结构的组成是通过造父变星总结而来的,造父变星其实是变星的一种。变星顾名思义就是指亮度与电磁辐射不稳定的、经常变化且伴随着其他物理变化的恒星,这类恒星在银河系内普遍存在。科学家正是利用这类恒星的绝对星等与它的光变周期呈有规律的线性关系,因此只要知道周期就等于知道了恒星的绝对星等,再与视星等作对比就能得出这个恒星到地球的距离。

由于根据造父变星周光关系可以测量星系、星团等大尺度的空间距离,因此这一测量方法也被被誉为“量天尺”。


地理那些事


人类对于银河系直径的测算,主要是通过对造父变星的观测来推断的,目前对于银河系的直径也还没有定论。造父变星是变星的一种,它的变光周期和光度呈正比,因此可用于测量星际和星系际的距离,通过对于银河系内大量造父变星观测数据的积累,来推算银河系的直径。

如果银河系的直径有10万光年,那么光要穿越整个银河系需要10万年的时间,对于我们人类来说这是一个令人绝望的空间距离。而我们所处的宇宙直径直径可能达到920亿光年以上,这更是一个超出人类想象的巨大空间。我们人类的目光当然不能超光速,我们的眼睛只是接受进入我们视网膜的光线而已,比如,我们看到了一颗20光年外的恒星,那么你看到的这颗恒星的样子是它20年前的样子。


地理沙龙


银河系的直径是一直在变化的,早年间人们一直以为银河系直径10万光年,但我国的郭守敬望远镜最新测定的银河系直径是20万光年


天文学家们在观测太阳系内天体并表示它们的距离时用到最多的是“天文单位”,一个天文单位是1.5亿千米,这刚好是从地球到太阳的距离,然而在测定恒星之间的距离时天文单位就显得有些“力不从心”了,这时候就要用到“光年”来做距离单位。

所谓“光年”就是光在真空中飞行一年所经过的距离,它是在人类精确测定光速以及定义“秒”之后才被应用的,具体的准确数值是9,460,730,472,580,800米,不过一般都近似说成10万亿千米。



在大部分人看来既然银河系直径20万光年,那么光理所当然就要用20万年才能从银河系一端到达另一端。

然而事实并不是这样,在真正的“光”看来,从银河系一端到另一端其实是不需要时间的

身处低速运动状态下的我们用到最多的就是“速度”“路程”“时间”的关系式,但这种关系式只适用于低速运动状态下的地球(事实上地球的公转速度30km/s,但离相对论速度还很远)



爱因斯坦早在1905年就在《论动体的电动力学》中阐述了“速度越快时间越慢”的时间膨胀效应,同时也用质能相当“锁死了”人类想要“达到光速或者超光速”的美梦。

然而对于光这种诞生后就达到光速的“量子态物质”来说,时间在它的感知内是静止状态,也就是说如果光有“思想”,那么它会感觉自己没耗费任何时间就飞过了20万光年的距离,但在低速运动状态下的我们的感觉中,光是飞了20万年才横穿银河系的。


光能达到光速是因为它静止质量为0,而任何静止质量不为0的物体在向光速冲击的过程中都会因为质能等价而不断增加质量,因此有静止质量的飞船永远无法达到光速,但时间膨胀效应也能让飞船内部的人感觉自己只用了几天甚至几小时就横穿了直径20万光年的银河系。

只不过在低速运动状态下的地球人类看来,这些近光速飞船内的人依然是用了20万年才横穿了银河系,这也意味着近光速飞船内的人回到地球后会发现地球已经过去了20万年,而自己只老了几岁甚至是几小时。


总体而言在讨论涉及光速运动的问题时就不能再用日常生活中的经验了,而是需要用到爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论


宇宙观察记录


光年是一个距离单位,只用于测量恒星际空间的尺度,是根据光的运行速度计算出来的,1光年约为9.46万亿千米,20万光年就是189.2亿亿千米。

大家知道光速每秒约30万千米(准确的数据为299792458m/s),一个小时3600秒,一天24小时,一年365.25天(儒略年),光年就是根据光速一秒一秒走一年的长度算出来的。

为什么宇宙空间要用光年来计算呢?这是因为宇宙恒星之间的距离尺度太大了。

在地球上,我们测量距离用米、千米来表述;在太阳系的行星之间,我们用天文单位(1个天文单位约1.5亿公里,是太阳到地球的平均距离)来表述。但如果到了恒星际之间,再用这些单位来表述,数字就很多,表述起来很麻烦。

距离我们最近的恒星都有4.22光年,如果用千米表示,就是39921200000000千米(39.9212万亿千米),如果用天文单位表示,就是266141.33个天文单位,是不是很拖泥带水的麻烦?‬‬

比光年更大的尺度是秒差距,是建立在三角视差基础上的距离单位。1个秒差距约3.26光年。这就是在恒星际、星系际距离尺度用光年或秒差距表述的原因。

天体测量有很多方法,比如三角视差法、分光视差法、造父周光关系测距法、谱线红移测距法、星群测距法、统计测距法等等。

现在用得比较多的是谱线红移测距法,这种方法是伟大的天文学家埃德温·哈勃发现并首创的。

哈勃在上世纪初,发现所有星系都有红移现象,星系距离我们越远,其谱线红移量就越大,而且红移量与距离呈现比例关系,即:Z=H*d/c。

式中:Z为红移量,c为光速,d为距离,H为哈伯常数。

这就是哈勃定律,根据这个定律,只要测出河外星系谱线的红移量Z,便可以计算出星系的距离d,这种测距法可以测定百亿光年尺度的天体距离。

2013年欧洲航天局用普朗克卫星测得的哈伯常数为67.80±0.77(km/s)/Mpc,这个数据表明在距离我们百万秒差距的地方,星系离开我们的速度为每秒67.8千米,正负误差为0.77千米。百万秒差距就是距离我们326万光年的地方。

近几年一些科学机构采取其他方法测得的哈伯常数大于70km/s/Mpc,说明宇宙膨胀正在加速。

测量恒星或星系距离,有时候为了精准,会采用多种方法并行,相互印证,就能取得较为精准的数据。

但这毕竟是宇宙级大尺度距离的测量,不管怎么精准都还是有一定误差的。比如说我们宇宙可观测范围有930亿光年,只能是一个大概。

这些测量方法的详细介绍,在网上一搜都会出来,时空通讯过去文章也多次有过介绍,有兴趣者可查阅,就不再赘述了。

科学家们对银河系的测量也是用这些方法,随着观测手段的不断提升,探测发现也越来越深入,这样,科学界对银河系大小的认识从过去直径约10万光年,逐步到前几年的16万光年,现在认为有20万光年。


美国NASA发射的斯皮策红外望远镜经过10年拍摄,采集了银河系200多万张照片,然后通过电脑合成,获得了一张银河系360度的全景图。

这是人类迄今为止得到的首张银河系全景图,对人类进行银河系的研究有重大意义。

这张图是一张专业化的图,不像我们平时图画那样的直观。这张图像素很高,如打印出来有一个体育场那么大。现在NASA向全世界公开免费提供电子图片,供天文学者和天文爱好者们下载使用。

但这张图就像我们迄今为止获得的所有银河系信息一样,并不是完整的、全面清晰的。

人类对宇宙和天体的了解虽然较之100年前有了长足进步,与古代相比更是天壤之别,但毕竟人类文明还处于较初级阶段,还只能在地球周边活动,视野还很局限,还有许多宇宙奥秘等着科学家们去破解,包括对银河系的了解都还很少。

至于此问题说明中谈到人的“目光”速度,这个问题我在过去文章中多有阐述,有兴趣的朋友可以搜时空通讯已发文章查看。

这里再简单重申一下,人类目光没有“光”,也没有速度,只是被动的接受光线传到我们视网膜的图像。远方的星系和恒星之所以能够被我们视网膜捕捉到,是因为这些天体的的光线在太空传递了很多年,才来到我们的眼前。

光年虽然是个距离单位,但与时间也是同步的,密切关联。我们看到的所有事物都是通过光来传播的,因此我们看到1光年远的天体就是它1年前的样子,100亿光年远的天体就是100亿年前的样子,要看到它们现在的样子,就需要等待与光年距离同等年数的时间。

如果距离我们10光年的某个天体现在发生了爆炸,已经毁灭了,我们还会天天看到它,一直到10年以后的某一天,它爆炸毁灭的过程才会传到我们的视网膜。当然如果那里现在新诞生了一颗恒星,也要10年后才会被我们看到。

就是这样,不知有这种疑问的朋友清楚了没有?欢迎讨论。

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