宇宙的尺度

也许你已经看过那组著名的“从10亿光年到0.1费米”照片。那么不妨也来看看Newgrounds上这个名为“Scale of Universe”的Flash。调节下方的滑块,从最小的普朗克长度到最大的Yottameter(10的24次方米),通过那些我们所熟知的物体间的比较,可以更直观地感受尺度所带来的震撼,以及宇宙这一词汇所蕴含的浩渺与无限。

由于Newsgrounds被封,我截了图贴在下面。同时加上注释和翻译,便于阅读。其中标注的长度,均表示该物体所占据的空间尺度(如长度、高度、厚度、直径等)。图片较多,若个别无法显示,刷新即可。

图1. Quantum foam,量子泡沫。爱因斯坦的广义相对论所暗含的光滑的空间几何在该尺度下是会被量子涨落所破坏的;Planck Lengh,普朗克长度,10^-35m,比它更小的程度没有物理意义。同时,这也是弦理论的维度。(Open,开弦;Close,闭弦)

图2.  Neutrino,中微子,它们很少与其他物质发生作用,可以光速轻易地穿过地球(在夸克中不行)。
1ym (Yoctometer) = 10^-24m

图3.  中微子的高能半径,1zm (Zeptometer) = 10^-21m

图4. Preon,前子,夸克的构成部分,1zm(1 * 10^-21m)。

图5.  Up Quark,上夸克;Down Quark,下夸克。Electron,电子。1am (Attometer),即1 * 10^-18m

图6. Proton,质子,包含两个上夸克一个下夸克。1费米(fm,Femtometer),即1 * 10^-15m

图7. 原子核的平均大小,10费米(1 * 10^-14m)

图8. X光的波长,5皮米(5pm即5 * 10^-12m);康普顿电子波长,2皮米(2 * 10^-12m);Gamma射线波长,1皮米(1 * 10^-12m)

图9. Carbon Atom,碳原子,70皮米(7 * 10^-11m),是通过化学键中两个原子核间距离计算得到的;Helium Atom,氦原子,31皮米(3.1 * 10^-11m);Hydrogen Atom,氢原子,25皮米(2.5 * 10^-11m)。

图10. Carbo Nanotube(左侧蓝色物体) – 碳纳米管,1纳米(1 * 10^-9m);Protein alpha helix – 蛋白质α螺旋的宽度,500皮米(5* 10^-10m);Caesium atom – 铯原子(可能的最大原子),260皮米(2.6 * 10^-10m);Water Molecule – 水分子,280皮米(2.8 * 10^-10m)。每当喝水的时候,我会想我喝的是米老鼠头。^_^

图11. DNA的厚度,3纳米(3 * 10^9m)

图12. 微处理器上最小的晶体管门,2纳米(2 * 10^-9m)

图13. Depth of a pit in a CD(左下方),CD表面上用于记录数据的一个坑,120纳米(1.2 * 10^-7m);HIV艾滋病病毒,90纳米(9 * 10^-8m);细胞膜厚度,10纳米(1 * 10^-8m);紫外线光波长,50纳米(5 * 10^-8m)

图14. 最大的病毒,500nm(5 * 10^-7m);1微米(Micrometer)= 10^-6m

图15. Red Blood Cell(上方红色),红血球,7微米(7 * 10^-6m);手术口罩所能过滤的最小颗粒,1微米(10^-6m);紫色光波长,300纳米(3 * 10^-7m);红光波长,700nm(7 * 10^-7m);粘土颗粒,1微米。

图16. Mil,密耳(千分之一英寸),25微米(2.5 * 10^-5m);White Blood Cell,白血球,10微米(1 * 10^-5m);Mist/Fog Droplet,雾滴,10微米;红外线波长,10微米;Acrylic fiber,丙烯酸纤维宽度,12微米。

图17. 纸的厚度(上方白色),0.1毫米(0.1mm,即1 * 10^-4m);0.1毫米是肉眼所能分辨的最小尺度;人的头发直径,0.1毫米;Ciliate Protist,纤毛虫,0.2毫米;Pollen Grain(橘红色物体),50微米(5 * 10^-5m)

图18. 信用卡的厚度(最右侧的灰块),0.7毫米;人的皮肤最薄处(眼睑),0.5毫米;地球上最大的细菌,0.5毫米;食盐晶体,0.5毫米;计算机像素,0.3毫米;人类的卵子,0.25毫米;

图19. 米粒(下方中间),8毫米;人的皮肤最厚处(脚底),4毫米;微芯片,4毫米;芝麻,3毫米;蚂蚁,4毫米;冰雹颗粒,5毫米;

图20. 常见的蚯蚓,4厘米(4 * 10^-2m);鹌鹑蛋,3厘米;雪花的平均大小,1厘米;咖啡豆,1厘米;蜂鸟蛋,1.2厘米;1英寸,2.54厘米;微波的波长,1厘米。

图21. 鸵鸟蛋,15厘米;杯子,12厘米;鸡蛋,8.5厘米;魔方,5.5厘米;

图22. 巨型蚯蚓(上方紫色),7米;小的沙滩球,0.5米;大的沙滩球,1米;人类高度,1.7米;米尺,1米。

图23. 巨型蚯蚓,7米;屋顶到地板,2.5米;微型汽车,4米;FM调频无线电波波长,1米;

图24. 波音747,70米;橡树,20米;北美洲巨型仙人掌,20米;公共汽车,12米。

图25. 安赫尔瀑布,979米;加州Yosemite国家公园的半圆丘(Half Dome)岩石,420米;西尔斯大厦(Sears Tower,位于芝加哥),442米;环球贸易中心(香港),484米;埃菲尔铁塔,320米;AM调幅无线电波长,100米。

图26. 大型正负电子对撞机,10千米;斯坦福线性加速器,3千米;1英里,1609米。

图27. 马里亚纳海沟(Mariana Trench)深度,11千米;珠穆朗玛峰(Everest),8.8千米;火卫二(Deimos),13千米;火卫一(Phobos),23千米。

图28. 天卫十四(Belinda),80千米;马拉松距离,42千米;木卫三(Ganymede,木星的最大卫星),32千米;天卫八(Bianca),54千米。

图29. 海卫二(Nereid),340千米;天卫五(Miranda),470千米;1兆米(Megameter)= 10^6m

图30. 塞德娜(Sedna,03年发现的小行星,距离太阳88天卫单位),1.7兆米(1700千米,也即1.7 * 10^6m);谷神星(Ceres),950千米;创神星(又译夸欧尔,柯伊伯带的外海王星天体(TNO,Trans-Neptunian Object)),1.3兆米(1300千米,也即1.3 * 10^6m);冥卫一(卡戎,Charon),1.2兆米(1200千米,1.2 * 10^6m);冥王星(Pluto),2.3兆米(2300千米,即2.3 * 10^6m)。

图31. 火星(左上部红色)(Mars),6.8兆米(6800千米,6.8 * 10^6m);月球,3.5兆米(3500千米,3.5 * 10^6m);水星(Mercury),4.9兆米(4900千米,4.9 * 10^6m);天卫三(Titania)(图中水星左侧的物体),1.6兆米(1600千米,1.6 * 10^6m);美国国土横跨4.2兆米(4200千米,4.2 * 10^6m);海卫一(Triton,海王星的最大卫星),2.7兆米(2700千米,2.7 * 10^6m);厄里斯(Eris,05年发现的矮行星,距太阳96.7天文单位),2.7兆米(2700千米,2.7 * 10^6m);地球(下方右侧),13兆米(12700千米,1.3 * 10^7m)。

图32. 天王星(Uranus),51兆米(51000千米,5.1 * 10^7m);土星(Saturn),120兆米(120000千米,1.2 * 10^8m);海王星(Neptune),49兆米(49000千米,4.9 * 10^7m);木星(Jupiter),140兆米(140000千米,1.4 * 10^8m)。

图33. 沃尔夫359红矮星(WOLF 359),190兆米(190000千米,1.9 * 10^8m);格里泽229B(Gliese 229B)棕矮星,110兆米(110000千米,1.1 * 10^8m);天狼星B(Sirius B)白矮星,20兆米(20000千米,2 * 10^7m);半人马座α星C(Alpha Centauri C,南门二三合星系统中的Proxima Centauri,又称比邻星)(下方红色),280兆米(280000千米,2.8 * 10^8m);右下角绿色未显示完全的部分是TrES-4b,人类目前所知的最大行星,230兆米(230000千米,2.3 * 10^8m)。

图34. 半人马座α星A(Alpha Centauri A),1.5Gm(1,500,000千米,1.5 * 10^9m);半人马座α星B(Alpha Centauri B),1Gm(1,500,000千米,1 * 10^9m);太阳(太阳系),1.4Gm(1,400,000千米,1.4 * 10^9m);天狼星B(Sirius B),2.5Gm(2,500,000千米,2.5 * 10^9m);下方浅蓝色为狮子座α(Regulus,又称轩辕十四),5.8Gm(5,800,000千米,5.8 * 10^9m);左上方浅蓝色为织女星(Vega),3.8Gm(3,800,000千米,3.8 * 10^9m)。

图35. 北河三,双子座β星(Pollux),11Gm(11,000,000千米,1.1 * 10^10m);角宿一(Spica。角宿属室女座,二十八宿之一,东方七宿第一宿),9.6Gm(9,600,000千米,9.6 * 10^9m);下方橙色为大角星(Arcturus,又称牧夫座α星。牧夫座最亮的恒星),36Gm(36,000,000千米,3.6 * 10^10m)。

图36. 水星至太阳的距离,60Gm(60,000,000千米,6 * 10^10m) ;毕宿五(Aldebaran,金牛座主星),60Gm(60,000,000千米,6 * 10^10m) ;参宿七(Rigel,又称猎户座β),97Gm(97,000,000千米,9.7 * 10^10m) ;勾陈一A(Polaris A,为小熊座α这一三合星系统中的主星。小熊座α,Polaris是现在的北极星),40Gm(40,000,000千米,4 * 10^10m) ;参宿一(Alnitak,又称猎户座ζ),84Gm(84,000,000千米,8.4 * 10^10m)。

图37. 天津四(Deneb,天鹅座α的第四星),310Gm(310,000,000千米,3.1 * 10^11m);地球和太阳之间的距离,150Gm(1个天文单位,150,000,000千米,1.5 * 10^11m);十字架一(Gacrux,南十字座γ星,160Gm(160,000,000千米,1.6 * 10^11m);右侧橘红色为猎犬座Y CVn(La Superba),420Gm(420,000,000千米,4.2 * 10^11m)。

图38. 心宿二(Antares,又称天蝎座α星),970Gm(970,000,000千米,9.7 * 10^11m);手枪星(Pistol Star),470Gm(470,000,000千米,4.7 * 10^11m);剑鱼座S(S Doradus),770Gm(770,000,000千米,7.7 * 10^11m);木星到太阳的距离,780Gm(780,000,000千米,7.8 * 10^11m);上方橘红色为参宿四(Betelgeuse,又称猎户座α),1.4Tm(1,400,000,000千米,1.4 * 10^12m);下方黄色为船底座V382(V382 Carinae),1Tm(1,000,000,000千米,1 * 10^12m)。

图39. WOH G64,它是大麦哲伦星云中的特超巨星(Hypergiant)。为太阳的2000倍,乘飞机环行一圈需要1200年。它的大小为2.8Tm(2,800,000,000千米,2.8 * 10^12m);大犬座VY(VY Canis Majoris),3Tm(3,000,000,000千米,3 * 10^12m);仙王座VV A(VV Cephei A),2.4Tm(2,400,000,000千米,2.4 * 10^12m);天鹅座KY(KY Cygni),2Tm(2,000,000,000千米,2* 10^12m);仙王座V354(V354 Cephei),2.1Tm(2,100,000,000千米,2.1 * 10^12m);仙王座μ星(Mu Cephei,Herschel’s Garnet Star),1.9Tm(1,900,000,000千米,1.9 * 10^12m);冥王星至太阳距离,5.9Tm(5,900,000,000千米,5.9 * 10^12m)。

图40. 船底座η星(η Carinae)附近的侏儒星云(Homunculus Nebula),20Tm(20,000,000,000千米,2 * 10^13m,约0.002光年);太阳系的柯伊伯带(Kuiper Belt),海王星轨道外的小行星带,15Tm(15,000,000,000千米,1.5 * 10^13m)。

图41. 刺魟星云(Stingray Nebula),300Tm(300,000,000,000千米,3 * 10^14m,约0.03光年)。

图42. 太阳系的奥尔特云(目前仍属假设的包围太阳系的球体星团),1.5Pm(1,500,000,000,000千米,1.5 * 10^15m,约0.15光年)。

图43. 一光年,1.5Pm(9,500,000,000,000千米,9.5 * 10^15m);宝瓶座的螺旋星云(左)(NGC 7293,Helix Nebula,又称上帝之眼),30Pm(30,000,000,000,000千米,3 * 10^16m,约3光年);天琴座的环状星云(M57,NGC6720,Ring Nebula),13Pm(13,000,000,000,000千米,1.3 * 10^16m,约1.3光年)。

图44. 金牛座的蟹状星云(M1,NGC1952,Crab Nebula),是1054年观察到的超新星(中国古代称客星)爆发的遗迹,70Pm(70,000,000,000,000千米,7 * 10^16m,约7光年);马头星云(Horsehead Nebula,又称巴纳德33),位于Alnitak(猎户座ζ )的下方,20Pm(20,000,000,000,000千米,2 * 10^16m,约2.1光年);鹰状星云(Eagle Nebula,又称众生之柱,The Pillars of Creation),95Pm(95,000,000,000,000千米,9.5 * 10^16m,约10光年);太阳到最近一颗恒星——半人马座α星C(Proxima Centauri)的距离,40Pm(40,000,000,000,000千米,4 * 10^16m,约4.3光年)。

图45. 猎户座大星云(Great Orion Nebula),200Pm(2 * 10^17m,约21光年)。

图46. M54球状星团(M54 Globular Cluster),1.5Em(1.5 * 10^18m,150光年);半人马座ω星团,1Em(1 * 10^18m,100光年);蔷薇星云(Rosette Nebula),650Pm(6.5 * 10^17m,68光年);与太阳系相邻的星系(Solar System’s Solar Neighborhood),400Pm(4 * 10^17m,40光年);M14球状星团(M14 Globular Cluster),500Pm(5 * 10^17m,53光年)。

图47. 蜘蛛星云(30 Doradus,NGC 2070,大麦哲伦星云中巨大的恒星诞生区),5Em(5 * 10^18m,530光年);蓝色长条部分为室女座星系团(Virgo cluster)M87银河系(Messier M87)中央的超重黑洞(Super-massive black hole)喷射出来的亚原子粒子束,50Em(5 * 10^19m,5000光年)。

图48. 人马座矮星系(Sagittarius Dwarf Galaxy),10Em(1 * 10^19m,1000光年)。

图49. 大麦哲伦星云(Large Magellanic Cloud,LMC,NGC 2074),75Em(7.5 * 10^19m,7500光年);小麦哲伦星云(Small Magellanic Cloud,SMC,NGC 330),35Em(3.5 * 10^19m,3500光年)。

图50. 三角座星系(M33,NGC 598,Triangulum Galaxy),500Em(5 * 10^20m,50,000光年);NGC 7714,350Em(3.5 * 10^20m,35,000光年);草帽星系(M104,NGC 4594,Sombrero Galaxy),位于室女座,700Em(7 * 10^20m,70,000光年);黑眼星系(左上)(M64,NGC4826,Black Eye Galaxy,又称睡美人星系,Sleeping Beauty Galaxy),850Em(8.5 * 10^20m,85,000光年)。

图51. 风车星系(左下)(M101,NGC 5657,Pinwheel Galaxy),1.8Zm(1.8 * 10^21m,180,000光年);NGC 1232,2Zm(2 * 10^21m,200,000光年);银河系(Milky Way Galaxy),1.2Zm(1.2 * 10^21m,120,000光年);仙女座星系(M31,NGC 224),1.5Zm(1.5 * 10^21m,150,000光年)。

图52. 室女座A(M87,NGC 4486),2.5Zm(2.5 * 10^21m,250,000光年)。

图53. cD星系(NGC4889,cD Galaxy),5Zm(5 * 10^21m,500,000光年)。

图54. 我们所在的Galactic Group(注:Galaxy groups和clusters,通常包含数十到上千个银河系;Galaxy cluster是Galactic Supercluster的组成部分;而Galactic Supercluster又从属于更大尺度的Galaxy filament结构),40Zm(4 * 10^22m,4,000,000光年);IC 1101,目前(2009年)人类所知的跨度最广的银河系,50Zm(5 * 10^22m,5,000,000光年)。

图55. 室女座Galactic Group,位于我们所在的Galactic Supercluster中央,150Zm(1.5 * 10^23m,15,000,000光年)。

图56. 我们所在的Galactic Supercluster,1.5Ym(1.5 * 10^24m,150,000,000光年)。

图57. 可观察的宇宙范围 ,140Ym(1.4 * 10^26m,14,000,000,000光年)。因为宇宙自大爆炸发生约140亿年前,所以超过140亿光年距离以外的光还没有传到地球,也就不能被观测到。

图58. 宇宙大小的估计,930Ym(9.3 * 10^26m,93,000,000,000光年),而我们很可能并不在宇宙的中心位置。


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Comments

3 Responses to “宇宙的尺度”
  1. vose says:

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