我们在宇宙中的速度有多快？正在驶向何处？

weili0677

视频版 ↑ 文字版 ↓你此刻的速度是多少？
相信很多人会说：“我就坐在这看视频，哪来的速度？”擅长脑筋急转弯的人可能会说：“不对，地球一直在自转，哪怕我在这一动不动，我至少也和地球自转的速度一样。”
既然都考虑了地球自转，那公转是不是也得考虑下？既然考虑了地球绕太阳公转，那太阳系绕银河系中心的公转是不是也要考虑下？以此类推，银河系在宇宙里肯定也不是静止的呀，那它又是绕哪里旋转呢？我们在宇宙中的速度究竟是多少呢？
我们知道，地球作为一个球体，一直在自转。赤道的周长大约4万公里，4万除以24小时，很容易可以算出地球的自转线速度大约是1670 km/h，差不多就是每秒465米——已经超过了声速！没错，我们每个人时刻都在“超音速”运动。

啥？你说为啥没产生音爆？音爆物体的速度是相对于周围介质的速度，如果周围介质（比如说空气）它和你一样也在随着地球自转，那你俩相对速度就是0，当然没有音爆。欸，别觉得这个问题幼稚，现实中有的人还真不太明白。
每小时一千多公里，听起来确实挺快的，但如果要和地球公转比，这点速度几乎可以忽略不计。
地球距离太阳大约1.5亿公里。半径是1.5亿公里，很容易算出周长（也就是地球的公转轨道长度）大概是9.4亿公里。（2πr = 2 × 3.14 × 1.5亿千米 = 9.42亿千米）365天要跑9.4亿公里，每天就是258万公里，每小时将近11万公里，每秒将近30公里。这么来看，每秒几百米的自转确实不值一提。

然而每秒30公里绝非我们的速度极限。太阳虽然是太阳系的中心，但放在银河系里，它也不过是一颗普通得不能再普通的恒星。作为一个螺旋星系，银河系里面的恒星一直都在围绕着银河系中心公转，包括我们的太阳。
太阳距离银河系中心大约2.7万光年，半径是2.7万光年，周长（也就是太阳系绕银心的公转轨道长度）大约是17万光年。（2πr = 2 × 3.14 × 27000光年 = 169560光年）太阳系转一圈要多久呢？大概是2.3亿年，这被称为一个“银河年”。上一个银河年，地球还是恐龙的天下，不知道下一个银河年，称霸地球的又会是什么物种？但肯定不是人类，即便是，经过两亿年的演化，人类也早就不是今天这副模样了。
说跑题了，回到“速度”上来。2.3亿年跑17万光年，换算下来，时速将近80万公里，每秒大约是220公里。好像并不是很快，仅仅比地球公转快了7倍。这么来看，银河系的旋转其实非常缓慢。但是它也必须缓慢，否则以星系的庞大身躯，早就转散架了。其实以当前这个转速，它应该已经散架了。但为啥没散呢？这就是当初提出暗物质的原因，可能有什么看不见的东西把它给拉住了。
从地球绕太阳到太阳绕银河系，我们的速度是越来越快。那银河系又是咋运动的？它的速度又是多少呢？
其实到了星系这个规模，通常已经没有“绕什么公转”这种规则的运动了，再谈论速度需要先明确参照系。比如在本星系群范围，除了银河系外，还有一个势均力敌的庞然大物——仙女座星系。两者巨大的质量，使得它们在引力作用下相互吸引。根据仙女座星系的光谱蓝移判断，两者目前正在以每秒110公里的速度相互靠近。

但是这个速度有几个问题。首先，由于测量的是光谱红移，所以它代表的仅仅是我们和仙女座星系的视向速度，也就是视线方向上的速度。如果两者在运动方向上存在夹角，那真实的运动速度会比视向速度还要大一些。
其次，无论是仙女座星系还是银河系，它们其实都在绕本星系群的质心旋转。如果我们不以仙女座星系为参照系，而是选本星系群质心为参照系，那速度又不一样。
另外，更重要的一点，当到了星系尺度，有个因素我们就不得不考虑了。对，就是宇宙膨胀。假如我们先不考虑引力带来的相向运动，只考虑空间膨胀，那么我们和仙女座星系应该会以每秒50公里的速度相互远离。但是因为引力效应把它俩拉向一起，它们相互靠近的速度是大于空间把它们拉开的速度的，所以最终叠加后的效果仍然是相互靠近。经常有人问：“宇宙一直在膨胀，为啥仙女座星系还是会和银河系相撞？”原因就在这，近距离情况下引力效应更显著。
本星系群的情况就已经这么复杂了，再往上的星系团、超星系团岂不更复杂，这一层一层找下去啥时候是个头。有没有什么更便捷、通用的方法来获知我们在宇宙中的速度呢？
“有的，兄弟，有的。”有一个东西对宇宙中的所有天体几乎一视同仁，任何天体都可以拿它当参照系，它就是宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background, CMB）。

宇宙微波背景想必大家都很熟悉了，你可以把它理解为宇宙大爆炸留下的余温，是宇宙中最古老的光，充满了整个宇宙。根据宇宙学原理，假如你相对于这个背景是静止的，那么你朝四面八方看，这个余温的温度应该是一样的，大约是2.725K。
但是，如果你在运动，那情况就不一样了。根据多普勒效应，当你朝着某个方向运动时，那个方向传来的光波就会被我们的速度“压缩”，看起来温度会稍微高那么一点点；而我们背后的方向，那些光波会被“拉伸”，温度看起来就会低一点点。只要能精确测量出每个方向上的背景辐射的温度差，理论上就能知道我们在宇宙中的真实运动速度和方向。
科学家通过高精度卫星，对背景辐射的微小温差进行了测量，最终他们计算出：本星系群相对背景辐射的整体运动速度大约为每秒600公里；由于太阳系绕银心运动、银河系绕本星系群质心动均，这些运动的方向与本星系群的运动方向相反，因此会抵消部分速度，最终太阳系相对背景辐射的速度为每秒370公里。
那么问题来了：这个速度是怎么产生的？尤其是本星系群600 km/s的速度是哪来的呢？
既然这么多星系都在朝一个方向运动，想必这个方向上应该有什么大家伙。果不其然，科学家先后在该方向上发现了许多重量级的天体，尤其是两个庞然大物——拉尼亚凯亚超星系团的引力中心，以及更远处的夏普利超星系团。这两个大家伙，每个的质量都是银河系的数万倍。这些重量级天体的引力相互叠加在一起，形成了那个著名的引力异常处——“巨引源（Great Attractor）”！
巨引源犹如一个隐形的引力巨兽，一直在疯狂地把包括银河系在内的数万、乃至是数十万星系拉向自己。但需要注意的是：我们朝向巨引源运动，这是排除了宇宙膨胀后来说的。现实情况是，在宇宙膨胀的推动下，我们其实一直在远离巨引源。
好了，通过测量背景辐射的温差，我们已经得到了一个比较确定的结果。但是后来，科学家通过另一种方法，却测出了不一样的结果。

之前基于背景辐射的方法相当于是“测温度”，而这第二种方法可以叫做“数星星”。原理其实差不多，都是利用无线电波的多普勒效应，只不过前者观测的是微波背景的无线电波，后者观测的是射电星系的无线电波。
由于运动方向前面的无线电波会被挤压，反应出来就是这些星系的光会亮一些，这样一来就会有更多的星系被我们看到；而在运动方向的后方，由于无线电波被拉长，在同等分辨率下，能看到的星系数量会少一些。通过比较前后射电星系数量上的差异，就能知道我们在宇宙中的运动速度。
按理说，不管是“测温度”还是“数星星”，两种方法测出来的速度应该差不多才对。但是实际结果是：“数星星”方法得出的速度总是比“测温度”得到的速度快得多。
原本人们以为，可能是数据不够全面，或者统计方法有什么问题。但是最近，科学家把目前最大、最全的几个射电巡天项目的数据全部汇总起来（NVSS + RACS-low + LoTSS-DR2），几个项目加起来足有数百万个射电星系，同时，为了解决先前数据模型上的问题，他们还引入了新的统计分析方法，最终结果……依然对不上。
问题出在哪呢？目前认为有几种可能：
第一种可能，也许我们所在的这个局部宇宙区域，正在经历一场巨大的“整体流动（Bulk Flow）”。不仅仅是地球、太阳系、银河系，而是我们所在的整个超星系团，这里的星系都在被某个巨大的引力源拉扯着，以超出预期的速度在运动。这个引力源并非刚才提到的“巨引源”，而是一个比它更大、更远的未知引力源。
然后第二种可能是，也许宇宙本身并没有我们想象的那么均匀。可能在非常大的尺度上，不均匀的额外引力效应叠加在了我们的运动上，导致我们误以为有着更快的速度 。
当然还有第三种可能，虽然科学家们已经非常小心地排除了各种干扰，但也不能完全否定是不是还有我们没理解的系统性误差。
科学就是这样，它从来不是“一锤定音”，而是在不断发现问题、修正问题的过程中一步步逼近真相。今天看似合理的解释，明天可能会被更精细的数据推翻；今天无法回答的问题，也许正是下一次突破的起点。也正因如此，宇宙的奥秘才值得我们永远探索下去。

[1] Lukas Böhme, Dominik J. Schwarz, et al. Overdispersed Radio Source Counts and Excess Radio Dipole Detection. Physical Review Letters. 135(20). 201001. (2025)

lovejuan0104

以前真没细想过，原来我们每秒都在狂奔370公里，宇宙真是太神奇了！