宇宙透鏡中的地球

萬倫

天文學(xué)與地質(zhì)學(xué)共享永恒的時間。

在天文學(xué)中，距離等于時間。我們今天捕捉到的5000萬光年外的恒星光芒，是那顆恒星5000萬年前發(fā)出來的。

而光速是天文學(xué)的同位素。正如地球上的同位素以固定的速率衰變一樣，宇宙中的光以恒定的速度傳播。因此，天文望遠(yuǎn)鏡就像時光機器一樣，可以拾取已經(jīng)傳播了數(shù)十億年的光，然后再傳遞到我們的眼睛或相機中。

借助哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和大型的自適應(yīng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，我們正在觀察距離我們5500萬光年的室女星系團(tuán)星系中的恒星——看看它們在地球“下第三系”“始新世”那會正在發(fā)生著什么。在那個時期，地球上最古老的靈長類動物生活在今天的中國，成年的靈長類僅有28克重。

回到過去的歲月

對于觀星者來說，總是將遙遠(yuǎn)星體與光傳播的年數(shù)聯(lián)系起來。在這里，我們不看時間只看距離。有趣的是，我們今天所看到的星體發(fā)射出來的光，當(dāng)它們剛離開這個星體的時候，地球正處在什么樣的狀態(tài)呢？

最新（距離今天最近）的地質(zhì)時代是新生代。

新生代中的第四紀(jì)從258萬年前到現(xiàn)在。在第四紀(jì)，全新世是當(dāng)前紀(jì)元，包含最近的1.17萬年。通過將光的傳播時間轉(zhuǎn)化為距離，全新世覆蓋了我們?nèi)庋劭梢钥吹降暮阈?，以及通過業(yè)余的望遠(yuǎn)鏡可以看到的銀河系中的大部分疏散星團(tuán)和星云。

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(tuán)——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）。

大力神星團(tuán)（M13）在22000光年的距離繞銀河系中心運行。

更新世時期，哥倫比亞猛犸象居住在美國的部分地區(qū)。

旋渦星系（M51）位于2300萬光年之外

NGC 520距離地球約1.05億光年

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

更遠(yuǎn)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(yuǎn)旋臂發(fā)出的光來自上新世晚期，而前旋臂發(fā)出的光則來自更新世！

時光繼續(xù)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，因此它處在這個范圍。NGC 604是M33內(nèi)巨大的電離氫區(qū)域，雖然距離較遠(yuǎn)，但仍然可以通過小型望遠(yuǎn)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(zhuǎn)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，例如位于大熊座的波德星系（M81）和不規(guī)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(nèi)核;M82像細(xì)長的雪茄，也被稱為雪茄星系。

下一紀(jì)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，恰好位于這一紀(jì)元和中新世交界處。M51的旋臂通過小型望遠(yuǎn)鏡很容易看到。在地球上，美國南達(dá)科他州的荒地和北部平原是成群的岳齒獸——它們是奇特的豬狀哺乳動物，與駱駝密切相關(guān)。

始新世是從5600萬年前到3390萬年前。相對于以上的時期，它所包含的光來自更明亮的星系，因為室女星系團(tuán)的中心在其范圍之內(nèi)。M84、M86和橢圓形的M87是這個星系團(tuán)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(qū)，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，后來變成煤的植物那時還活著。

接下來，我們到達(dá)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(yuǎn)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。它柔和的光芒來自于恐龍滅絕后的100萬年。

可怕的蜥蜴時代

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

從白堊紀(jì)向我們發(fā)出的光來自8300萬光年外的棒旋星系NGC 4027（位于烏鴉座）和1.05億光年外的因碰撞形成的星系NGC 520（位于雙魚座）。通過小型望遠(yuǎn)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(xiàn)。

在侏羅紀(jì)，來自長蛇-半人馬座超星系團(tuán)的光開始了它前往地球的旅程。該超星系團(tuán)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(jì)公園”是真實的：一片郁郁蔥蔥的土地，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、雷龍和甲龍等在這里游蕩。

雷克斯暴龍生活在距今6800萬到6600萬年前的白堊紀(jì)。

石炭紀(jì)時期，地球上形成了主要的煤層。

三疊紀(jì)中期，英仙座星系團(tuán)（Abell 426）中最亮的成員——英仙座A（NGC 1275）發(fā)出的光，天文愛好者可以通過6英寸（或更大）口徑的望遠(yuǎn)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(jīng)出現(xiàn)了。

比恐龍時期更早

恐龍之前的那個時期是二疊紀(jì)，從2.99億年前至2.52億年前。在此時期，?？松?8號——寶瓶座中六個星系組成的緊湊星系，從2.74億光年遠(yuǎn)發(fā)出光我們剛剛看到。在二疊紀(jì)末期，地球發(fā)生了二疊紀(jì)-三疊紀(jì)大滅絕事件，這是地球有史以來規(guī)模最龐大的一次物種滅絕。古生物學(xué)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(jì)之前是從3.59億年前至2.99億年前的石炭紀(jì)。后發(fā)星系團(tuán)（Abell 1656）是一個包含1000多個星系的星系團(tuán)，距離我們3.36億光年，在這個時期范圍內(nèi)。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(yuǎn)鏡看到。之所以叫這個時期為“石炭紀(jì)”，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，它們死后的沉積形成了厚厚的石灰?guī)r地層。

后發(fā)星系團(tuán)距離地球3.36億光年

魚類統(tǒng)治的時代

繼續(xù)往前是泥盆紀(jì)，有時又稱為“魚類時代”，從4.19億年前到3.59億年前。大多數(shù)現(xiàn)代魚類的起源都可以追溯到這個時期。在這一時期發(fā)出光并且這些光剛剛到達(dá)地球的一組天體是Abell 2634，這是一個位于天馬座的星系，距離我們4.15億光年。28厘米口徑（或更大）的望遠(yuǎn)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(jì)期間，從4.19億光年到4.43億光年這個范圍內(nèi)發(fā)出并到達(dá)我們地球的光，通過業(yè)余的望遠(yuǎn)鏡都能看到。大熊座中的Abell 1185位于這個范圍。Abell 1185也是獅子座超星系團(tuán)的八個星系團(tuán)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，并散發(fā)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(xiàn)了具有能夠攜帶水分和養(yǎng)分的植物。

三葉蟲現(xiàn)在是一種常見的化石，生活在志留紀(jì)。

地球生命的開端

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

在相應(yīng)的距離內(nèi)，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(huán)狀星系。此外還有雙橢圓星系NGC 7018——它們都位于Abell 3744星系團(tuán)內(nèi)，用業(yè)余的大型望遠(yuǎn)鏡就可以看到。

在稍遠(yuǎn)的5.08億光年處，是武仙座星系團(tuán)，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(yè)余的大型望遠(yuǎn)鏡觀察到。在地球上，奧陶紀(jì)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(xiàn)。在寒武紀(jì)發(fā)生了“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”，聽起來像是古代的超新星爆發(fā)，但實際上，就在這個時期，生命發(fā)展出了殼，同時化石在沉積巖中變得很常見。

到目前為止，我所描述的所有的“代”、“紀(jì)”、“世”，都可以歸屬于顯生宙（始于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——都屬于前寒武紀(jì)。

距離超過5.41億光年，即使最亮的星系，孔徑小于20英寸的望遠(yuǎn)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(nèi)核。

第一個被發(fā)現(xiàn)的類星體3C 273位于室女座，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(lán)藻（它將地球大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)檠鯕?，使得整個地球大氣從無氧狀態(tài)發(fā)展到有氧狀態(tài)，從而孕育了一切好氧生物的進(jìn)化和發(fā)展）。

最后一個挑戰(zhàn)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。

相對于星體的距離，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(lián)系起來——當(dāng)我們看著遙遠(yuǎn)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(dāng)時正發(fā)生著什么。