開欄的話
哲學家說：“世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空。” 仰望星空，科學家們從宇宙和天體的運行演化中發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，又利用這些自然規(guī)律加深對宇宙的認識，形成了現(xiàn)代天文學和宇宙學體系。
從今天起，本版開設“科學家聊宇宙”專欄，約請空間物理學博士李會超，為廣大讀者講解宇宙的神奇與奧秘。敬請關(guān)注！
“天地方圓為宇，古往今來為宙?！庇钪?，乃一切空間和時間的集合。行星、恒星、星系等我們所有已知的天體，以及各種物質(zhì)與能量的存在形式，都包含在宇宙之中。
在古代，充滿好奇的人們想象出了關(guān)于宇宙的種種傳說。隨著天文學和物理學的發(fā)展，人們逐步建立起對宇宙的科學認知。
丈量宇宙的大小，首先需要一個合適的長度單位，作為“量天尺”刻度。在描述星系、宇宙尺度的長度或距離時，天文學家最常用的單位是光年，也就是光以每秒約30萬公里的速度傳播一年所走過的距離。1光年大致等于9.46萬億公里，相當于地球赤道長度的2.365億倍。
對于我們?nèi)粘Ｉ钏芙佑|到的長度和距離，光的傳播幾乎是瞬時完成的。但在宇宙的尺度上，光在恒星與星系間的傳播時間已長到不可忽略的地步。因此，我們在地球上看到的星空，實際上是時間和空間的混合。
例如，距離地球4.25光年的比鄰星是離我們最近的恒星，光從比鄰星傳播到地球需要4.22年的時間，我們從地球上看到的比鄰星也是它4.22年前的模樣。至于此時比鄰星處于怎樣狀態(tài)，以目前的技術(shù)手段還無從知曉。
在2009到2013年間，普朗克衛(wèi)星對遙遠而古老的宇宙微波背景輻射信號進行了探測。這些信號記錄了宇宙誕生初期的信息，花了足足138億年才傳播到地球附近。如果認為發(fā)射這些信號的源頭靜止不動，那么我們目前似乎可以觀察到138億光年范圍內(nèi)的宇宙。
然而，天文學家通過天體的多普勒現(xiàn)象，確認了我們的宇宙從誕生之日起，就處在不斷膨脹過程中，這些信號源也會與地球漸行漸遠。根據(jù)計算，目前這些信號源與地球之間的距離已達到約465億光年。如果將宇宙的形狀假定為球形，目前我們可觀測宇宙的半徑約為465億光年。
我們可以觀察到的宇宙范圍，被稱為可視宇宙?？梢曈钪鎯H僅是整個宇宙的一小部分。根據(jù)現(xiàn)在的宇宙學理論和最保守的理論估計，可視宇宙的大小僅相當于全部宇宙大小的1/250。
還有理論認為，宇宙大小是無限的。隨著時間推移，更遙遠的信號可能有機會傳播到地球，以擴展可視宇宙的范圍。然而，由于宇宙處于加速膨脹的過程中，在可視宇宙之外，宇宙膨脹的速度可能會超越光速。除非物理學家發(fā)現(xiàn)了革命性的新理論，否則絕大部分宇宙可能永遠無法在地球上觀察到。
相對于浩瀚宇宙，人類通過有人或無人航天器所能到達的范圍是非常有限的。目前，航天員最遠只到達過距離地球約38萬公里的月球。而飛行距離最遠的無人航天器，是1977年發(fā)射的“旅行者1號”探測器，目前距離地球約227億公里，即為0.0024光年?？梢哉f，探索宇宙，人類還有很長的路要走。