谈谈空间的尺度

中国农业的学应用物理系

读者赵艺婷问：“老师在课堂上说光年是一个长度单位，那么，它和另一个长度单位即天文单位有何关系？此外，是否还有更大的长度单位？”这位同学说得很对，光年是一个长度单位，它定义为光在真窄中传播一年所行的距离，称为1个光年，其符号为“l.y.”.我们知道光在真空中的传播速度约为每秒30万千米（精确值为299792.458km/s），所以1l.y.=9.46xl0'2km≈l016m.

由于大多数天体之间的距离非常遥远，若用“km”作为单位来表示它们之间的距离，数字会显得很大，使用起来极不方便.例如，距我们大阳系最近的一颗恒星是比邻星，距地球约为4.Oxl013km.这不仅写起来麻烦，而且不易读.如果用光年表示这个距离就显得小多了，它为4.24l.y..牛郎星距地球约为161.y.，织女星距地球约为27l.y.，而牛郎星与织女星相距约为14l.y..以上所说的比邻星、牛郎星和织女星均属于银河系内的恒星.

比光年大的单位为“秒差距”，其符号为“pc”.1pc=3.262l.y.，或者说11.v.≈0.3 pc.我们人类所处的太阳系是银河系中的很小一部分，银河系的直径约为2.5 x103pc.距银河系最近的星系（小麦哲伦云）与银河系的距离约为5xl04pc.根据当前的观测技术，可测宇宙范围约为1.5xl010l.y.（约1.42xl026m）.

太阳系是银河系中的很小一部分.所以太阳系内天体间的距离常用比光年小的单位，即天文单位，其符号为“AU”，它定义为太阳与地球之间的距离，1AU≈1.5xlollm.lAU大约是地球半径（6374km）的2万余倍，

以上叙述的都是天文学上的空间大尺度单位.在人类科学研究的领域还有许多极小的空间尺度.例如，细菌或典型的真核细胞的直径为10-5m的数量级.细胞的最小直径为10-7m，它比原子的直径l0-lom大3个数量级.而原子核的直径比原子小4—5个数量级，即原子核直径为10-14～10-15m.原子核由核子（质子和中子）组成，核子直径和原子核直径有相同的数量级.

由以上的叙述可看出，人们所研究的对象最小的空间尺度为10-15m，而最大的空间尺度为1.42x1026m，其间从10-15m经过loom到1026m，共有42个数量级.endprint