我们感觉到的其实是过去。天空中有一道闪电,几秒钟后我们听到远处有雷声。不仅听,我们还看到了过去的风景。

声速约为3秒1公里,光速为每秒30万公里。当我们看到三公里外的闪光时,我们实际上看到了百分之一毫秒前发生的事情。虽然这种时差可以忽略,但我们可以用双筒望远镜看得更远,在几秒、几分钟、几小时甚至几年内看到更远的过去。

第二

如果你真的想“回到过去”,你必须向上看。

当我们抬头看月亮时,一秒钟前我们看到了月亮。图:G.Hüdepohl/ESO, CC BY

月球是我们最近的天体邻居,有山谷、山脉和环形山。

它距离地球38万公里,所以光从月球传播到地球需要1.3秒。这个月亮不是另一个月亮,我们在1.3秒前看到了月亮。

当然,在这1.3秒的时间里,月球并没有太大的变化,但是当在航空任务的控制中心与月球上的宇航员交谈时,会感觉到1.3秒的延迟。无线电以光速传播,所以来自控制中心的信息到达月球需要1.3秒,来自宇航员的最快回复需要1.3秒。

与月球的无线电通信有很大的时间延迟。

时间

回顾过去并不难。太阳离我们大约1.5亿公里,所以你可以在8分钟前抬头看太阳。

即使最近的金星和火星也有几千万公里远,所以我们之间的时差也是几分钟。当火星移动到离地球最近的地方时,我们大约在3分钟前看到了火星,但在其他时候,光从火星到达地球需要20多分钟。

从火星到地球的光的时间随距离而变化。照片:美国国家航空航天局、欧空局、安茨·莱维(stsci)、ccby

如果你控制地球上的火星漫游者,那将会很有趣。当你以1公里/小时的速度驾驶月球车时,由于光速的限制所造成的时差,虽然你此刻正在看平原,但月球车可能已经撞上了200米以外的坑洞。所以当你命令漫游者停下时,它实际上会再前进200米。

这样,火星漫游者的两辆漫游者都没有打破任何速度记录,而是以每秒5厘米(0.18公里/小时或0.11英里/小时)的速度行驶,就不足为奇了。因此,漫游者需要遵循车载计算机中精心编制的程序,以防止事故发生。

光速的限制给火星任务带来了一些挑战。照片:美国宇航局/JPL-加州理工学院/MSSS

如果我们走得更远,土星离最近的地球也超过10亿公里,所以我们看到的实际上是一个多小时前的土星。

当卡西尼号在2017年撞上土星大气层并发出尖锐的回声时,我们又过了一个小时才听到。

夜空中有许多星星,它们是非常遥远的星星。这个距离是以光年计量的,也就是说,光一年传播的距离——大约9.5万亿公里。

人眼和地球之间的距离是太阳和地球之间距离的270,000倍,大约4光年,所以我们可以看到4年前半人马星的出现。

夜空中一些闪烁的星星离我们有几百光年远。图片来源:Y Beletsky(当地雇员)/员工持股计划,抄送

没有最远的,只有更远的。例如,猎户座的第一颗恒星参宿四距离我们大约640光年。如果参宿四明天爆炸(总有一天会爆炸),600年后我们会发现。

即使没有望远镜的帮助,我们仍然可以看到很远的地方。仙女星系和麦哲伦星云离我们相对较近,它们的亮度足以让我们用肉眼看到。

麦哲伦星云的160,000光年与地球上仙女星系的250万光年相比相形见绌。作为参考,人类在地球上奔跑的历史大约有30万年。

当光以有限的速度传播时,我们可以看到星际尘埃周围光波的回声。

数十亿

数百万光年是肉眼可见的。如果它们在数十亿光年之外呢?一架业余望远镜就够了。

尽管类星体3C273离我们有数十亿光年远,但用小型望远镜还是可以看到它。照片:欧空局/哈勃和美国航天局

类星体3C273甚至比单个星系更亮,由一个巨大的黑洞提供能量。因为它离地球25亿光年,你可以用20厘米的望远镜来观察它。

直径越大,你看得越远。莫纳什大学的天文学副教授迈克尔·布朗曾经用直径为1.5米的望远镜观测过类星体APM 08279+5255。虽然它看起来像一个小点,但这是可以理解的,毕竟它离地球有120亿光年远。

地球只有45亿岁,宇宙本身只有138亿岁。用自己的眼睛看类星体APM 08279+5255相当于回顾整个宇宙的历史。

只要望远镜足够大,你就能看到12亿年前的类星体APM 08279+5255。照片:斯隆数字天空测量公司

因此,你应该记住,当你仰望星空时,你看到的不是此刻,而是过去。

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