每分每秒,我们脚下的大地其实都在移动。

只是我们过于微小,太空中的参照物又太遥远,因此就误认为是所有天体在绕着我们运行。
但不管谁运行与否,千百年来人类根据星体运行的规律,逐渐总结并组建出了一套时间体系。
即便现在天文学家已经知道地球是绕着太阳在运转,太阳又是在绕着银河系在运转的,但时间和距离的计算系统,还是依照地球和太阳来制定的。
这样一来,奇异的一幕就出现了。
因为每个天体运行的速度有快有慢,天体围绕恒星运转的轨道也有大有小。
以地球为基准的计算系统,算出其他天体运行的时间,也就千奇百怪了。
而在浩渺的太空深处,其他天体运行时间的差异甚至说是诡异就更明显了。
下面,我们就来看看,那些绕着恒星转圈的行星们,奔跑的速度究竟是怎么样的吧。
轨道周期的概念在讲述这些奔跑的行星之前,先来看看计算它们运行的时间系统是什么。
我们的计时时间年月日,统统建立在地球自转和公转的基础上。
这被称为世界时系统,在天文学中属于历法范畴。
日的时间确定,是以地球自转一圈的时间为基准的,在天文学领域叫做恒星日。
我们都知道一天是24小时,而一个恒星日的精确时间为23小时56分4秒。
而月的计时基准,是以月亮绕地球公转的时间来决定的。
当地球绕着太阳公转一圈,其平均运行的时间被称为恒星年。
一个恒星年为365天6时9分9.5秒。
像地球这样一颗行星,绕着太阳运行一圈并回到起点,它在运行中耗费的时间就被称为轨道周期,天文学上也叫恒星周期或者公转周期。
人类探索外太空,是先从地球逐渐由近到远的,所以时间和计算系统,都是以地球运转为基准而定的。
如此一来,当太空中出现轨道小或者轨道大的行星时,它们的运行时间和地球比起来就显得很奇特。
轨道周期超100万年的行星地球绕太阳一圈为365天,以地球上的年为基准,天文学家在宇宙深处,发现了很多公转周期远超出年的行星。
2015年之前,被发现公转周期最长的为16.3万年,如此夸张的公转周期,本就已经远超人类的想象了,不过在2016年后,天文学家又发现了时间更长的。
此后,澳大利亚的天文学家,发现了公转周期为100万年的行星。
是的你没有听错,换算成地球年的时间系统,这颗被命名为2MASS J2126-8140的行星需要100万年,才能绕行所在星系内恒星一圈。
研究人员发现,这颗公转周期如此漫长的行星,完全是由气体组成的。
公转周期之所以如此漫长,主要原因是距离恒星太过于遥远。
测算发现,该行星和恒星的距离超过了1万亿公里,这是什么概念呢?这比冥王星到太阳的距离还要远上140倍。
在天文学家看来,行星距离母恒星如此之远还是相当罕见的。

该行星距离地球大约100光年,这是天文学家在对距离地球较近的年轻恒星进行调查时无意间发现的。
这颗行星以及绕行的恒星,形成的时间都还很短,大约是在1000万年到4500万年间形成的。
而且,该行星的运行轨道并不稳固,它和恒星的结合力比较薄弱。
就是说,如果有其他天体进入它的活动范围,轻则改变行星的运转轨道,引力大一点就直接把它拽离恒星控制的范围了。
你以为这就是公转周期最长的行星了吗,其实还有时间更长的。
一颗被命名为COCONUTS-2b的行星,它的公转周期超过了110万年。
由于它距离母恒星超过了6000个天文单位,天文学家在刚发现它时,还以为这是一颗没有母恒星的流浪天体。
可实际上,它拥有母恒星,自身的质量和后者相差不大,因此相互之间的引力作用还存在,这便是距离如此之远,它还能绕着恒星转圈的缘故。
无论是100万年还是超过了110万年,如此漫长的时长,假设行星上面有文明存在的话,他们的历法和计时系统肯定也跟我们不一样。
不过从地球的角度看,距离恒星如此之远的行星,在它的表面肯定感受不到光照,所以先不管时间多么的天荒地老,恶劣的环境首先就不适宜生命存在。
回到公转周期上来,有运行时间长的,还有运行时间短的,短到超乎你的想象。
Π行星的公转周期只有3.14天2020年,麻省理工学院的天文学家,发现了公转周期最短的行星。
这颗被命名为K2-315B的行星,和地球的大小相类似,因为它的半径只比地球的大了0.95倍。
虽然大小和地球类似,但它的公转周期却很短,每绕行母恒星一圈,所需时间只有大约3.14天。
这意味着,它的公转轨道很小,而且与母恒星的距离很近。
根据天文学家的研究,它绕行的恒星,质量只有太阳的五分之一,属于低质量的冷恒星。
可即便如此,由于和恒星的距离靠的太近,行星表面的温度还是很高。
根据测算,它地表的温度能达到177℃。
所以用地球的标准去衡量,这同样是一颗不会有生命的星球。
其实更为奇特的是,是它公转周期跟圆周率相似,所以在后来才有着Π行星之称。
至于这个数值是巧合,还是有什么内在的关联,那就有待科学界以后去更进一步研究了。
太阳系内的轨道周期让我们把目光再拉回到太阳系内,除了像地球这样的行星之外,大量的小行星也在绕着太阳运转。
2019年,天文学家就发现了公转周期最短的一颗小行星,每绕行太阳一圈的时间只有151天。
该小行星现身后被命名为2019 LF6,它属于太阳系内阿迪娜小行星之一。
所有公转轨道在地球公转内测的小行星,都被归入了阿迪娜小行星系列。
截止到目前,天文学家已经发现了20颗阿迪娜小行星。
从观测的角度看,所有阿迪娜小行星,在地球上观测的窗口期都很短,只有在日出前或者日落后的半个小时内,才有可能发现它们的身影。
正因为难以被观测,所以天文学家相信,在地球公转轨道的内侧,应该还分布着大量类似的小行星。

在2019 LF6被发现之前,太阳系内公转周期最短的小行星是2019 AQ3,后者绕行太阳一周的时间为165天。
透过这些新的发现就能知道,太阳系内不光有地球这样的行星在绕行运转,更有数量庞大的小行星在绕太阳运行。
这些小行星的数量有多少,目前已发现最接近地球的有100颗左右。
此外,在木星和火星之间,还有一个比较庞大的小行星带,已被发现的小行星有2000颗。
相比于地球等行星,小行星的运行轨道虽然固定,但会受到其他大天体引力的影响。
由于各自运行速度不同,运行轨道也不是平行而是立体的,所以有些小行星在接近某行星范围的时候,受到引力影响会与之相撞。
我们夜晚看到的流星,就是被地球引力拉扯过来的小行星。
只不过绝大多数体积都很小,在掉落过程中与大气层摩擦后就没有了。
可如果有体积较大的行星偏离轨道进入地球范围,发生碰撞产生的后果就难以预料了。
正因为如此,天文学家们才会对小行星进行密切监测,就是为了防止有哪个愣头青不请自来。
我们看月球的近身照,上面坑坑洼洼到处是坑洞,其实就是历史上被各种小行星撞击后形成的。
这样一来,有的人不免又要疑惑了,宇宙内的恒星,难道都有行星或者小行星环绕运行吗?难道就没有行星不存在的恒星吗?
六成左右的恒星都有行星这个问题天文学家很早之前也考虑过,而且一度认为,像太阳系这样拥有行星的模式并不多。
可实际的情况却并非如此。
还在2008年的时候,天文学家经过全新的观察才发现,行星环绕恒星运行的这种模式,在宇宙中才是普遍的存在。
根据此前的大致测算,目前已知60%的恒星,都有相伴其运行的行星。
精确数值虽然不清楚,但这一比例在天文学家看来已经很高了。
这意味着,光是在银河系内,类似太阳这样的恒星系统,数量就在1000亿个以上。
如此庞大的系统,其中的行星更是不计其数。
从理论上来看,外星存在生命甚至存在高等文明的概率就大了。
结语站在人类的视野去看,地球绕太阳公转,每年的时间不变,这就是不可被颠覆的真理。
而来到浩渺的宇宙深空,别的行星绕着各自的恒星运转,它们也都有自己所要遵循的时间。
本质上都是一样的运行模式,但就是因为时间和速度的不同,进而就会产生万千差别。
假设外星文明很普遍的话,大家都在各自的母星,遵循着彼此的规律而活。
而这打不破的规律法则,好像就成了阻碍彼此交流的桎梏。
它不仅仅是在距离和空间上形成了阻隔,重要的还在生命的内心,种下了隔阂。
毕竟,生命无论从哪个星球上遥望宇宙,自己所在的位置,似乎都是中心。
参考资料:
《距恒星最远行星被发现:公转周期100万地球年》 中国新闻网 2016年1月28日
《地球大小π行星轨道周期约3.14天》 科技日报 2020年9月23日
既然如此,为什么不干脆用火箭把核废料送上太空,直接扔进太阳里烧掉呢? 这个设想看似简单直接,但仔细分析就会发现问题重重。
首先,把核废料装上火箭本身就极其危险。
火箭在发射过程中偶尔会发生爆炸事故,一旦装载核废料的火箭在升空时爆炸,就会瞬间变成一枚威力巨大的"脏弹",把放射性物质散布到广阔区域,后果不堪设想。
不过,除了发射风险之外,还有一个更为根本的原因——想要真正把物体送进太阳,其实非常非常困难。
乍看上去,飞向太阳应当是件容易的事,毕竟太阳的引力一直在把万物往它那里拉。
然而事实并非如此。
地球以及地球上的一切物体,都在以极高的速度绕着太阳做侧向运动。
当我们朝太阳"下落"的同时,也在以惊人的横向速度从它旁边掠过,结果就是一次次与太阳擦肩而过。
要想真正撞进太阳,就必须把这种侧向速度降下来,让飞行器不再横着飞。
而且这种减速必须彻底——只要还残留哪怕一点点侧向速度,飞行器就会与太阳失之交臂,绕着它兜一圈甩出去,而不是一头栽进去。
那么,需要把速度降低多少呢? 地球连同地球上的一切,都在以大约每秒30公里的速度围绕太阳运行。
这意味着,要让飞行器停止绕日运动、直接坠入太阳,就必须让它相对于地球以每秒30公里的速度向后加速,才能抵消这份公转速度,实现"太阳跳水"。
而且必须减到几乎为零,一点都不能剩。
每秒30公里究竟有多快?做个对比就一目了然。
从地球轨道出发,只需要比地球再快约每秒11公里,就足以彻底摆脱太阳的引力束缚,飞出整个太阳系。
换言之,把飞行器送出太阳系,比让它撞进太阳还要容易得多。
这一点值得再重复一遍:从能量消耗的角度看,前往其他恒星所需要的加速度,竟然比抵达身边这颗太阳还要小。
听起来匪夷所思,但事实确实如此。
而事情还可以变得更加违反直觉。
由于天体引力的强弱与距离密切相关,物体离太阳越近,所在轨道就越小,绕太阳的公转速度也就越快。
以太阳系的行星为例,水星绕太阳一圈的速度大约是地球的一点五倍,而遥远的冥王星速度只有地球的六分之一。
这就带来一个有趣的推论:从水星出发反而比从地球出发更难撞进太阳,尽管水星离太阳近得多。
原因在于,要在水星轨道上停下来,飞行器需要以每秒48公里的速度向后加速,比在地球轨道上所需的每秒30公里还要大得多。
相反,从冥王星轨道出发反而轻松得多——只需要以每秒5公里的速度反向加速,就足以让飞行器摆脱缓慢的公转速度,径直坠入太阳。
正因为如此,如果单纯依靠火箭动力来完成撞日任务,最高效的做法反倒是先把飞行器送到外太阳系去。
因为在外太阳系公转速度大幅降低,随后再进行第二次点火,抵消掉那微弱的横向速度,飞行器就能沿着近乎笔直的路径直接落向太阳。
这也正是美国国家航空航天局早期在规划太阳探测任务时,之所以曾提出让探测器先飞往木星轨道的原因——绕道外太阳系反而更容易减速、更容易接近太阳。
不过,任务规划人员最终并未采用这一方案,而是选择让探测器多次借助金星的引力弹弓效应逐步减速,从而节省宝贵的燃料,一步步靠近太阳。
至于引力弹弓具体是如何运作的,那就是一个值得单独展开的话题。
它是人类发射太空探测器时经常会使用到的一种加速方式,简单来讲,这种方式能够利用行星的引力把探测器"甩"出去,从而为探测器提供额外的速度。
借助这一手段,探测任务所需要的燃料和飞行时间都能被大幅压缩,因此几乎成了深空探测的标配技术。
不过,如果对这个过程稍作推敲,就会发现它并不像"绕一圈就加速"那样简单。
在多数人的印象中,引力弹弓的画面大致是这样的:探测器首先朝着某颗行星飞近,然后被行星的引力抓住、绕着它转上一圈,等到被甩出来的时候,速度就比进入时更快了。
听起来顺理成章,可只要多想一步,就会隐隐觉得有点不对劲。
问题的关键在于能量守恒。
当探测器靠近行星时,行星的引力做正功,探测器会被加速;可当它绕过近拱点、再从行星旁边远离时,同一份引力又会做负功,把刚刚获得的动能重新拉回去。
一进一出、加加减减,探测器相对于行星的速度理应回到原点,怎么会平白多出一截呢? 真正让这个"魔术"成立的,是参考系的切换。
相对于行星本身,探测器的速率进出确实几乎不变,弹弓过程只改变了它的飞行方向;但相对于太阳来说,行星本身也在高速公转,探测器借用的其实是行星绕日运动的那份动能。
行星在把探测器"甩"出去的同时,自身的公转速度会被极其微弱地拖慢一点,只不过行星的质量远远大于探测器,这份损失小到根本无法察觉。
所以,引力弹弓从来没有违反能量守恒定律,它只是把行星公转的动能借了一小勺给探测器。
理解了这一点,再回头看撞日任务为何要反复利用金星减速,也就顺理成章了——同样是引力弹弓,一次次借用行星的动量,就能把公转速度这道最难迈过去的坎,一点点悄悄磨掉。
你甚至可能还在太阳系外围,连这片家门口的荒地,都没有彻底穿过去。
你肯定听过答案:一光年,大约九万四千六百亿公里。
可这个数字太大了。
多念一个零,少念一个零,对你的感觉几乎没有区别。
所以这一次,我们换一把尺子。
把太阳缩成一颗直径两点五厘米的玻璃球,放在你面前。
地球跟着缩小,只剩一粒细沙那么大。
你把它放到距离玻璃球两米七的位置,地球轨道就摆好了。
接下来往外走。
走过木星、土星,一直走到八十多米外,你终于放下海王星。
整个八大行星的地盘,看起来也就一个足球场的尺度。
那么,一光年的刻度,应该放在哪里?球场外面?隔壁街道?还是城市另一头? 都不够。
你得从这颗玻璃球出发,走出去大约一百七十公里。
记住,地球才在两米七外。
海王星才在八十多米外。
而你现在要跨过的,是一段足以连接两座城市的距离。
沿途绝大多数地方,连一颗行星都没有。
你以前看到的太阳系示意图,把行星挤得整整齐齐,却很难让你真正感受到,它们之间到底空成什么样。
如果把人类的探测器,也放进这套模型呢? 旅行者一号,一九七七年出发,掠过木星和土星,一路飞向太阳风影响之外。
它每秒能飞十七公里。
你眨一下眼,它就已经越过一座城市的一部分。
可持续飞行近半个世纪,它在这套模型里,也不过走到距离玻璃球几百米的地方。
前面那条通往一光年的路,依然长得几乎看不到尽头。
按每秒十七公里算,飞完一光年,需要大约一万七千六百年。
你出发时留下的城市,可能已经消失。
你说的语言,可能早就没人听得懂。
而飞船,还在赶路。
你可能觉得,这不公平。
旅行者一号毕竟是几十年前的技术。
换一台快得多的探测器,总能把时间压下来吧? 帕克太阳探测器,在最接近太阳时,速度能达到每小时约六十九万公里。
假设它能一直保持这样的速度,飞完一光年,仍然需要一千五百多年。
而且,这已经是一个过于理想的假设。
帕克的极速,来自它沿轨道冲向太阳时的加速。
离开太阳之后,它会减速。
那个惊人的纪录,不能直接变成一张通往恒星的车票。
不过,先让我们跳过这些困难。
假设未来的你,终于抵达一光年外,在那里建起了一座太空站。
你回头看,太阳还看得见吗? 看得见。
它不会彻底淹没在星海里,仍然会是一颗非常明亮的星。
但你熟悉的金色圆盘消失了,剩下的,只是一个指向家的光点。
抵达这里的阳光,比地球附近微弱了约四十亿倍。
能看见它,不代表还能靠它照亮身边的世界。
就像远处一盏灯,你知道它亮着,脚下却依旧一片漆黑。
至于地球,那颗你想念的蓝色星球,肉眼已经根本找不到。
它自己不会发出可见光,只能反射太阳的光。
那一点微弱的亮度,几乎淹没在太阳旁边。
更让人难受的是,就算设备足够好,让你看清了家乡,你看到的,也是一年前的地球。
因为光从那里来到你的眼睛,已经走了整整一年。
这时候,你想给家里发一条消息。
今天是家人的三十岁生日。
你对着镜头说出生日快乐,按下发送。
消息离开天线,穿过黑暗,等它抵达地球,那个人已经三十一岁了。
对方看完,立刻回复一句谢谢。
你再收到这两个字时,又过去一年。
一来一回,两年。
这里最奢侈的东西,可能就是一次普通的聊天。
你问家里今天怎么样,等到回答抵达,那个今天,早就变成了两年前。
你换更好的天线,能让画面更清楚,声音更清晰,却不能把这一年变成一秒。
无线电和激光,在真空中都以光速传播。
设备可以升级,距离带来的等待,却不会自动消失。
如果太空站突然出了故障呢?你向地球求救,就算那边的人收到后立刻想出解决办法,操作指令也要等两年,才能回到你手里。
真正走进星际空间,你得先学会自己解决问题。
因为在这里,连一句别着急,都可能来不及。
可一光年外,到底有什么在等你? 没有一堵墙,没有一条天然边界,也没有一颗刚好停在那里、等你登陆的星球。
这只是人类在宇宙里画下的一道刻度。
我们认为,远离行星轨道的地方,还分布着奥尔特云中的冰冷天体。
它的范围仍有不确定性。
一光年的终点,甚至可能还没有超出这片遥远的区域。
穿过太阳风形成的边界,和离开所有绕太阳运行的天体,并不是同一件事。
而最近的另一颗恒星,比邻星,距离我们约四点二四光年。
你费尽力气走完这一光年,连去它那里的四分之一路程,都还没走到。
所以,下次再听见一光年,不妨想想那颗玻璃球。
地球在两米七外,你站在一百七十公里外。
脚下没有路灯,没有补给,也没有能立刻回答你的人。
而这段让人类飞上一万多年、让一句问候往返两年的距离,在宇宙里,却只是尺子上最开始的一个刻度。