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小編的世界 優質文選 宇宙

宇宙透鏡中的地球


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2021年3月06日 -
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科技與生活視野

科技愛好者

新生代中的第四紀從258萬年前到現在。在第四紀,全新世是當前紀元,包含最近的1.17萬年。通過將光的傳播時間轉化為距離,全新世覆蓋了我們肉眼可以看到的恒星,以及通過業餘的望遠鏡可以看到的銀河系中的大部分疏散星團和星雲。

更新世,俗稱“冰河時代”,包括了距離我們1.17萬光年至258萬光年的所有物體。含銀河系周圍的整個球狀星團——除了NGC 6397和M4,它們的光大約有7000~8000年的歷史(此時地球處在新石器時代)。

在夏季最受歡迎的武仙座球狀星團(M13),距離我們有2.2萬光年。那時候的地球,大量的猛獁象和乳齒象在加拿大以南的北美森林和草原上遊蕩。

更遠的地方,直徑22萬光年的仙女座星系(M31)距離我們有254萬光年。這意味著它的遠旋臂發出的光來自上新世晚期,而前旋臂發出的光則來自更新世!

時光繼續倒流,我們來到了上新世時期,從533萬年前到258萬年前。在此時的地球上,巨大的犰狳、雕齒獸在整個南美徘徊。三角座星系(M33)距離我們273萬光年,因此它處在這個範圍。NGC 604是M33內巨大的電離氫區域,雖然距離較遠,但仍然可以通過小型望遠鏡看到。

接下來是中新世,從2300萬年前到533萬年前。海洋中最可怕的動物之一——巨齒鯊此時正在捕食大型魚類和海洋哺乳動物。將這段時間轉換為以光年為單位的距離,可以將天空中一些最明亮的星系封裝起來,例如位於大熊座的波德星系(M81)和不規則星系(M82)。它們都在1200萬光年外,在浩瀚無垠的宇宙中“雙宿雙飛”。M81是橢圓形的,具有明亮的內核;M82像細長的雪茄,也被稱為雪茄星系。

下一紀元,漸新世,從3390萬年前至2300萬年前。旋渦星系(M51),距今2300萬光年,恰好位於這一紀元和中新世交界處。M51的旋臂通過小型望遠鏡很容易看到。在地球上,美國南達科他州的荒地和北部平原是成群的嶽齒獸——它們是奇特的豬狀哺乳動物,與駱駝密切相關。

始新世是從5600萬年前到3390萬年前。相對於以上的時期,它所包含的光來自更明亮的星系,因為室女星系團的中心在其範圍之內。M84、M86和橢圓形的M87是這個星系團核心中可見的最明亮的星系,它們距離地球約5400萬光年。這段時間的地球上,一個巨大的湖泊覆蓋著今天美國科羅拉多州、懷俄明和猶他州的部分地區,其岸邊生長著今天植物的祖先。懷俄明州巨大的煤炭也來自這個時期,後來變成煤的植物那時還活著。

接下來,我們到達了古新世,從6600萬年前到5600萬年前。這個時期,我們可以用望遠鏡看到一個引人入勝的天體,那就是天兔星座中最明亮的星系——NGC 1964。它柔和的光芒來自於恐龍滅絕後的100萬年。

可怕的蜥蜴時代

時間再往前走,我們進入到恐龍時代。它包含三個不同的時期:白堊紀(1.45億年—6600萬年前),侏羅紀(2.01億年—1.45億年前)和三疊紀(2.52億年—2.01億年前)。

從白堊紀向我們發出的光來自8300萬光年外的棒旋星系NGC 4027(位於烏鴉座)和1.05億光年外的因碰撞形成的星系NGC 520(位於雙魚座)。通過小型望遠鏡,我們可以看到它們都有著奇特的形狀。地球上,此時正是霸王龍、三角龍和慈母龍的時代。此外,最早的開花植物也開始大量出現。

在侏羅紀,來自長蛇-半人馬座超星系團的光開始了它前往地球的旅程。該超星系團中,離我們最近的星系距離大約是1.76億光年,最大的星系NGC 3312則距離我們1.94億光年。在地球上,這時的“侏羅紀公園”是真實的:一片鬱鬱蔥蔥的土地,長滿了看起來像是菠蘿樹和棕櫚樹的雜交品種——蘇鐵。異特龍、雷龍和甲龍等在這裏遊蕩。

三疊紀中期,英仙座星系團(Abell 426)中最亮的成員——英仙座A(NGC 1275)發出的光,天文愛好者可以通過6英寸(或更大)口徑的望遠鏡在較暗的地方觀察到。地球上,最早的一些恐龍,例如海洋中的棘龍和蛇頸龍、陸地上的雙脊龍,在這束離開NGC 1275時就已經出現了。

比恐龍時期更早

恐龍之前的那個時期是二疊紀,從2.99億年前至2.52億年前。在此時期,希克森88號——寶瓶座中六個星系組成的緊湊星系,從2.74億光年遠發出光我們剛剛看到。在二疊紀末期,地球發生了二疊紀-三疊紀大滅絕事件,這是地球有史以來規模最龐大的一次物種滅絕。古生物學家估計,超過90%的海中生物以及70%的陸生脊椎動物一下子就消失了。

二疊紀之前是從3.59億年前至2.99億年前的石炭紀。後發星系團(Abell 1656)是一個包含1000多個星系的星系團,距離我們3.36億光年,在這個時期範圍內。它的兩個最亮的成員NGC 4878和NGC 4889在黑暗的天空下可以通過中型望遠鏡看到。之所以叫這個時期為“石炭紀”,是因為地球上的煤層就是從這個時期開始醞釀的。同樣在這時期,海底生活著許多海百合,它們死後的沉積形成了厚厚的石灰岩地層。

魚類統治的時代

繼續往前是泥盆紀,有時又稱為“魚類時代”,從4.19億年前到3.59億年前。大多數現代魚類的起源都可以追溯到這個時期。在這一時期發出光並且這些光剛剛到達地球的一組天體是Abell 2634,這是一個位於天馬座的星系,距離我們4.15億光年。28厘米口徑(或更大)的望遠鏡在黑暗的天空可以看到NGC 7720,是Abell 2634中最亮的成員。

在志留紀期間,從4.19億光年到4.43億光年這個範圍內發出並到達我們地球的光,通過業餘的望遠鏡都能看到。大熊座中的Abell 1185位於這個範圍。Abell 1185也是獅子座超星系團的八個星系團中最亮的,它最亮的星系是NGC 3550,但最有趣的成員是NGC 3561——被稱為“吉他”,它由一對引力相互作用的星系組成,並散發出只有在照片中可見的羽狀流。此時期的地球上,第一批硬骨魚閃亮登場,陸地上則出現了具有能夠攜帶水分和養分的植物。

地球生命的開端

剩下的兩個最早的地質時期是奧陶紀(4.85億年前~4.43億年前)和寒武紀(5.41億年前~4.85億年前)。

在相應的距離內,NGC 7016是摩羯座中一個巨大的橢圓星系,距離我們4.8億光年。它附近的NGC 7017,是一個環狀星系。此外還有雙橢圓星系NGC 7018——它們都位於Abell 3744星系團內,用業餘的大型望遠鏡就可以看到。

在稍遠的5.08億光年處,是武仙座星系團,也稱為Abell 2151。它的成員NGC 6041最亮,是巨大的橢圓形星系,能夠通過業餘的大型望遠鏡觀察到。在地球上,奧陶紀的生命比其它任何時期都更加多樣化。珊瑚、苔蘚和最早的脊椎動物此時出現。在寒武紀發生了“寒武紀生命大爆發”,聽起來像是古代的超新星爆發,但實際上,就在這個時期,生命發展出了殼,同時化石在沉積岩中變得很常見。

到目前為止,我所描述的所有的“代”、“紀”、“世”,都可以歸屬於顯生宙(始於5.41億年前)。在此之前的每一刻——從46億年前地球形成到顯生宙的開始——都屬於前寒武紀。

距離超過5.41億光年,即使最亮的星系,孔徑小於20英寸的望遠鏡,都不容易觀察到。但是,我們可以看到類星體,即某些星系的超亮內核。

第一個被發現的類星體3C 273位於室女座,盡管它看起來像一顆亮度為11.6級的星體,但它距離我們超過2.4億光年。因此,它的光離開它射向地球時,地球上最高級的生命還只是藍藻(它將地球大氣中的二氧化碳轉變為氧氣,使得整個地球大氣從無氧狀態發展到有氧狀態,從而孕育了一切好氧生物的進化和發展)。

最後一個挑戰是,嘗試在鹿豹座中找到類星體HS 0624+6907,它與冥王星的亮度差不多。最重要的是,它離我們有45.6億光年。因此,我們觀察到的光與我們地球的年齡差不多。

相對於星體的距離,人們似乎更感興趣的是它的亮度、大小和形狀。因此,但我們抬頭觀察天空時,不要忘記了時間這第四維度。它可以把我們和我們腳下的歷史聯系起來——當我們看著遙遠的星體射出來的光時,我們是否知道,這束光剛離開這個星體的時候,我們腳下的這片土地,當時正發生著什麼。