宇宙浩瀚无垠，人类孜孜以求试图了解我们在这个“有限无界”的宏大系统中的位置。从太阳系，到银河系，再到本星系群，甚至到可见宇宙，地球在这些巨大的尺度中是否微不足道？
天文学家卡尔·萨根曾在《暗淡蓝点：探寻人类的太空家园》一书中形象地描述地球是一粒悬浮在阳光中的尘埃。萨根是在什么参考物下做出了这番生动的描述？如果地球是一粒尘埃，那么人类在历史上伟大里程碑——登月，是否显得毫无意义？
▲图1：图片中暗淡蓝点是1990年2月14日由NASA的旅行者1号在距离太阳37亿英里（60亿公里）的地方拍摄的地球。这张照片启发了天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)的书名《暗淡蓝点：探寻人类的太空家园》。图源：NASA/JPL-Caltech。
01
宇宙的尺度有多大?
宇宙的尺度远远超过我们的日常经验，让人难以想象。我们希望尽可能具象化，直观地去认识和了解这些巨大尺度的系统。从最熟悉的天体地球开始，它的直径约为12742 km，这似乎并不大，至少可以想象。我以100 km/h的车速昼夜不停仅仅需要不到5天半的时间变可以走完。地球和其他行星、太阳以及小天体共同构成了太阳系。太阳系的直径大约为287.46亿km，其边界延伸到奥尔特云，那里是冰冷彗星的故乡。这个距离似乎突然就变大了很多，以100公里每小时的车速走完太阳系直径大约需要2160万年。
然而，太阳系在银河系的尺度中依然显得十分渺小。银河系的直径约为10万光年，即以光的速度(约300000 km/s)走10万年，这个范围包含约2000亿颗恒星，且每一颗恒星可能都有自己的行星系统。太阳系在银河系中仅占据一小块区域，位于银河系的猎户臂中。银河系之外是更为庞大的本星系群，本星系群包括大约54个星系，其中最大的两个是银河系和仙女座星系，它们之间的距离大约为250万光年。
再往外看，本星系群只是宇宙中无数星系群之一，所有这些星系群共同构成了我们所能观测到的可见宇宙。在此，既不对不可知宇宙展开想象，也不对宇宙一词作语义学讨论。所谓可见宇宙是指天文学家将以观测者为中心所能探测到的时空。目前根据欧空局(ESA)的普朗克卫星提供的数据计算出的可见宇宙直径约为900多亿光年，另一方面对中微子的研究或许能让可见宇宙的直径提高到930多亿光年，即以光的速度经过930亿年所走过的距离(约8.8×1024 km)，这的确是一个天文数字! 地球在可见宇宙的尺度下，微不足道。
▲图2：地月系统、太阳系、银河系在可观测宇宙的位置。图源：Miracosta Oceanography 101。
我们现在可以重新审视卡尔·萨根是在什么样的比例尺中把地球形容为一粒尘埃的。尘埃的典型直径约为1微米，如果尘埃之于地球作比，比例系数约为7.85×10-14；那么只有地球之于银河系的比例系数的数量级是相一致的，即约为1.35×10-14。当我们与卡尔·萨根站在银河系的尺度下看，地球就是一粒尘埃。
02
人类的探索之旅走到了哪里？
即便地球在银河系中渺小如尘埃，人类依然凭借无尽的好奇心不断向外探索。自1959年苏联首次探测月球，1969年阿波罗11号成功登月，到如今的旅行者1号飞越太阳系边界进入星际空间，人类对宇宙的探索一步步向前推进，范围也逐渐扩大。
▲图3：旅行者1号的旅程代表了人类向星际空间探索迈出的重要一步。图源：NASA/JPL-Coltech/JHUAPL.
每一次探索任务，都是人类理解太阳系乃至更广阔宇宙的关键一步。通过对月球、火星以及其他行星的探测，我们不仅加深了对太阳系的理解，也在不断寻找潜在的宜居之地，试图找到地球之外的“第二个家”。
▲图4：分别为在月亮和火星上移居的概念图。
如果把银河系比作地球，那么人类登月的距离相对于银河系的尺度，就相当于神经元的大小。新的神经元可以让我们在卧室做梦，而登月却可以让我们在星际造梦。我国不仅发布了在2030年实现登月的计划，哈工大甚至发布了基于月球天然溶洞的基地建造方案。
▲图5：月球表面的溶洞。这种溶洞不仅可以抵御微流星雨撞击和宇宙射线等辐射，内部温度较为稳定，在零下20摄氏度左右，而且多位于月球南极附近，这里具有丰富的冰水资源。
月球被认为是通往太阳系其他星体的中继站。在月球上建立基地，不仅可以研究月球资源的利用，如开采月球上的氦-3用于核聚变，还可以作为发射深空探测器的前哨基地。由于月球的引力比地球小，从月球发射航天器所需的能量也更少，这将大大降低未来深空探测的成本。
▲图6：基于月球表面的溶洞的理想月球基地。图源：中国地质大学行星科学研究所。
03
结语
人类探索宇宙的旅程，始于对星空和生命的好奇。宇宙之大，无边无际，正是因为这种浩瀚与未知，激发了我们的“异想天开”。从地球到月球，再到整个太阳系，人类在探索的道路上从未停止。仰观宇宙之无穷，俯察人类之渺小，我们深知自己的微不足道，但也深知，正是这种不满足于现状的精神，才推动我们走向更远的未来。未来，我们或许会在月球建立永久基地，或许会在火星上种植第一棵植物，甚至可能会迈出太阳系，前往其他系外行星。
▲图7：部分已被探测到的系外行星的概念图。图源：
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