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如果在银河系中迷路了，怎样才能找到地球？

知乎日报 · 公众号 · 问答 · 2024-09-21 21:00

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生活中，如果我们迷路了，只需导航一下即可找到回家的路线。那么，如果在银河系中迷路了，怎样才能找到地球呢？一起来看看答主的回答吧。

如果在银河系中迷路了，怎样才能找到地球？

| 答主：松泉

你要有一架巡天望远镜（包括后续的数据处理技术）、一台计算能力超强的计算机、具有空间跳跃能力的飞船、档案星图和星表（包含河外星系和银河系中球状星团、造父变星等参照物的银道坐标）。

如果你还处在本星系群内，那你还是能很快地找到银河系，因为本星系群里就仙女座大星系和银河系俩大伙计。那么就直接假定你在银河系好了。

现在，你需要定位自己在银河系中的位置。

第一步，利用望远镜进行全天巡天。

这就需要望远镜视场大，比如 ZTF 或者 LSST 这种，能够在几天内巡一遍天（全天四万平方度天区）。

这里要注意两个问题。

第一是望远镜的位置。

如果望远镜放在行星表面，那么最好放在赤道，这样就可以进行全天巡天。作为对比，ZTF 在北半球，巡的是北天；LSST 在南半球，巡的是南天。

第二是昼夜的问题。

如果该行星也围绕恒星运动，那么无法观测到面向恒星一侧的星空，只有转到恒星另一侧时，才能看到另一半夜空。那么，建议你在对面也找一颗行星安装个望远镜，这样同时观测，几天就可以完成巡天了。当然，如果题主是在驾驶飞船，并且飞船上有望远镜，那么就相当于有了一台空间望远镜，那么这俩问题就都不是问题了。

第二步，进行数据处理，生成星图和星表。

望远镜每曝光一次，观测数据自动传输到数据处理系统，一方面对拍摄的天体进行位置定标，同时生成可视化的图像；另一方面对恒星进行的简单的测光，得到恒星的亮度。最终，你可以得到一个庞大的天体位置和亮度的星表和星图。

「哇」，你惊叹了一声。电脑生成的星空三维投影缓缓转动着。你看到一个硕大的圆球位于星系的中心，一条粗棒状的结构穿过核球，几条旋臂如同章鱼的触手一圈圈伸展出去。原来你现在是在银晕里。

你不禁感叹自己的好运，还好自己没有迷路到银心或球状星团里。那里的恒星密密麻麻，完全掩盖了外面天体的光芒，也就无法进行定位。那里还可能隐藏着无数黑洞巨兽，血口獠牙，等待着落入陷阱的猎物。

而且，观测到银心是一件大幸事，因为有了一个非常棒的参照物。太阳在哪里呢？就位于距离银心 2.6 万光年的那一圈。

第三步，利用河外星系重建银道坐标系。

只要身在银河系内，无论哪个位置，观测到的河外星系的形状是差不多的。所以要是能观测到几个河外星系，与已有的河外星系表进行对比，就能利用多个点进行定位。

你用 python 写的图像识别程序开始运行，两个显著的天体——大小麦哲伦星云——很快被辨认出来。它们是银河系的卫星星系，明亮而且形状不规则，就像一团模糊的云气。即便用肉眼，也可以很快将它们挑选出来。

那么也就是说，你在银河系的「下方」。当然，这个是按照天文学家对银道坐标系的定义设定的，就像地球有北纬和南纬一样。所以，如果你没有看到大小麦哲伦星云，就很可能位于银河系的「上方」。

在与麦哲伦星系银纬相同的纬圈上，与这俩小星系几乎相对的地方，你看到了和银河系近邻的巨大漩涡星系。「没错，就是它！」你把仙女座大星系 M31 也标了出来。接着，就是与仙女座星系相邻的大风车 M33。

除了辨认出的四个星系，加上银河系中心，你已经有了五个参考点。原则上，你已经能够利用它们的位置，推导出自己位于银河系的坐标。

不过你还是想多寻找几个星系，毕竟，参考点越多，算出的位置会越精确。

你又在 M31 的附近找了两个非常明亮又比较大的亮点，这是 M31 的卫星星系 M32 和 NGC 205。你记得天文学家说几百万年前 M32 曾经穿越 M31 的盘面，留下一个「死地」般的空洞，但那空洞周围却成为恒星形成剧烈的区域，分布着无数新生的年轻天体。这就是所谓的涅槃重生吧。

然后程序又找到了 NGC 6822。这个星系的形状很奇怪，像一个长方形，距离地球有 150 万光年。「NGC 185，塞弗特 II 型星系。」这是一类星系核极亮的活动星系，核心的超大质量黑洞如同饕餮巨兽，永不满足地吞噬着周围的一切。

这些星系都是 M31 的卫星星系。为了避免由于一个方向的星系数目过多而造成系统性定位偏差，你又重点在其它几个方向找了一些还算明亮的星系。

档案星表里详细记录了这些参考星系位于银道坐标系中的坐标，结合目前观测中它们所处的位置，你回推了银道坐标系的银经零点、银纬零点，重建了银道坐标系，算出了自己在银河系中的银经、银纬坐标。

第四步，利用球状星团完善银道坐标系。

此步需要具备一定的星族合成知识，如果知识储备不足可跳过。

通过星空三维投影，你发现银晕里有一些巨大的恒星集合体——球状星团——随意散布着，如同宝石箱一样璀璨发光。

球状星团里面可能有数十万到百万级别的恒星。银河系内只有不到两百个球状星团，因此，只要能在找出天空中找到多个球状星团，并且辨认出它们，就可以知道自己所处的位置。

但辨认并不是一个简单工作。所有的球状星团都是球形，看上去模样差不多。这种方法的关键在于：每个球状星团的年龄是不同的。需要借助理论模型，拟合观测数据，通过得到的年龄辨别各个球状星团。所以，如果你已知了这些星团的年龄（比如，你的电脑里有对银河系球状星团测龄的文献），那么你就知道每个星团的身份了。

如果你是一个研究球状星团的专家，你还会知道虽然它们都是球状，每个星团从内往外的亮度分布其实是不一样的。比如，我们来定义一个半光度半径，也就是说在这个半径以内，星团的亮度占星团总亮度的一半。所以只要你知道每个星团的半光度半径，那么你就知道面前的是哪一个星团。

利用档案星表里这些星团的位置，你就能进一步对银道坐标系进行更精确的重建。具体步骤同第三步。

第五步，利用「标准烛光」恒星进行位置定标。

你现在虽然知道了自己的位置（银经、银纬），但你现在仍然无法回家，因为你只是知道了相对位置，还缺少一个参量，就是距离。在球坐标系里，只要再测出自己与银心的距离，就可以知道自己在银河系中所处的绝对位置。

这个时候，造父变星就可以派上用场了。这些所谓「标准烛光」的恒星，由于自身周期性的膨胀收缩，导致了周期性的亮度变化。而它们的绝对亮度与光变周期有很好的线性关系，光变周期越长，恒星越亮。只要测量出星等变化的周期，就可以得到它们的绝对亮度，从而结合观测亮度求出自己与这些恒星的距离。

由于银道坐标系已经被重建，就可以匹配那些资料中已知的造父变星。

你写的程序太棒了！电脑仅仅运行了几秒钟，就在档案星表中匹配到了数百颗造父变星。这些造父变星，到地球的距离已知，到你现在的距离也已知。你不仅算出了自己到银心的距离，还成功得到了自己到地球的距离。

结果显示，你目前距离银心大约 1.3 万光年，位于银盘上方大约 1.1 万光年。距离地球大约 2.25 万光年。

第六步，空间跳跃。

但愿题主已经掌握了星际航行技术，否则即便能定位，一辈子也只能在宇宙中遨游了。

你站起身，长呼几口气，好了，可以跳跃了。你调整飞船的姿态，让飞船的头部指向太阳系所处的位置。

「太阳保佑，地球保佑，金木水火土五大行星保佑……」你不停念叨着，然后把地球的坐标和距离输入电脑，启动空间跳跃系统。

一阵蜂鸣声响起，你的掌心已经冒出了汗。飞船一阵强烈的震动，空间跳跃开始。

你紧闭起双眼。

过了良久，飞船的颤抖慢慢停止，恢复了稳定。

飞船安静地如同真空。你听见了自己的汗水掉落地上时破碎的声音。

如同梦中惊醒，你猛地睁眼向窗外望去，一颗巨大球体上，平行分布着几条缓缓流动的暗红或亮白条纹，一个红色的风暴漩涡在逆时针慢慢转动着，如同一只巨兽的眼睛。

「我王老五又回来啦！」

题图来源：《火星救援》

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