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天上到底有多少顆星星呢? 萬億星系共一隅

時間:2021-03-30 10:35:45    來源:科技日報    

身邊的天文學

在兒時的印象中,天上的星星密密匝匝,令人眼花繚亂,就像河灘上的沙子一樣,數也數不清。人們常用星羅棋布來形容數量眾多,實在是貼切不過。那么,天上到底有多少顆星星呢?從古至今,好奇的人們數了一遍又一遍,而人類對宇宙的認識,也在數星星的過程中越來越深入。

夜闌遙望數千星

中國古代對星空的觀察與探究源遠流長,早在戰(zhàn)國時期就出現了世界上最早的星表——《石氏星表》。三國時,吳國的太史令陳卓將當時流行的甘德、石申和巫咸氏三家星經加以整理、規(guī)范,確立了283個星官,一共包含1464顆星,史稱“陳卓定紀”。隋唐時期,名為丹元子的隱士創(chuàng)作了《步天歌》,將全天星官歸納為三垣二十八宿,成為流傳后世的“標準”中國星象體系。

明末清初西學東漸之后,欽天監(jiān)官員和傳教士對傳統(tǒng)星象體系進行了比較大的擴充。清朝道光年間編撰的《儀象考成續(xù)編》中,所刊載的恒星總數達到了3240顆。我們現在使用的中國星名,都是據此而來。

到了現代,天文學巡天觀測已經給全天比較亮的恒星做了好幾輪“大普查”。結果表明,那些相對明亮、能被肉眼直接看到的恒星,總數為9000顆左右。

在不同的緯度,見到的星空區(qū)域是不一樣的,緯度越高,所見的星空范圍越小。例如,在赤道上,能看到全部天區(qū)。但是在南北極,就只能看到半個星空,另一半星星永不上升。在北緯30度地區(qū),能看到的星星總計在8100顆左右。只是在都市的夜晚,我們見到的星星基本上超不過幾十顆。它們幾乎都被燈光淹沒了。

千億繁星塑銀河

我們肉眼能見到的所有恒星,都只是太陽的鄰,僅僅是銀河系的冰山一角。銀河系包含多少顆恒星呢?不少天文學家為解決這個問題付出了艱苦卓絕的努力。其中最著名的是發(fā)現天王星的英國天文學家赫歇爾,到1785年,他用自制的望遠鏡數出了117600顆星。1922年,荷蘭天文學家卡普坦總結了他和同行們的照相數據,通過統(tǒng)計恒星數目并分析它們的分布,構建了一個銀河系的物理模型,包含474億顆恒星!

但是僅憑數數是不可能知道銀河系恒星數目的。這不僅僅是因為越遠的恒星看上去越暗,超出了我們的探測極限,而且還因為恒星與恒星之間的星際空間里,遍布著極其稀薄但體量龐大的星際氣體和塵埃。它們會吸收和遮蔽遠處的星光,使得恒星計數的方法不再準確。

于是天文學家想到了給銀河系“稱重”的辦法:求出銀河系的總質量之后,就可以根據恒星的均質量估計出恒星的數量。哈勃空間望遠鏡和“蓋婭”衛(wèi)星2019年的最新觀測數據表明,銀河系的總質量約等于太陽質量的1.54(+0.75/-0.44)萬億倍。不過其中有高達84%的質量由暗物質組成,質與組成恒星和行星的普通物質完全不同,既不發(fā)光也不參與電磁相互作用。

在16%的發(fā)光物質中,恒星只占4%,另外12%是星際氣體和塵埃。這樣我們就可以估計出,銀河系里恒星的總質量大約是600多億倍太陽質量。但是要知道,恒星的大小和質量千差萬別,質量越小的恒星,數量也越多。比太陽質量小的恒星,其數量要比更大質量的恒星多得多。考慮這個修正后,銀河系里的恒星數量估計在2000億—4000億顆左右。如果把它們“分給”地球上的人,均每人能“分到”上百顆。

萬億星系共一隅

在整個宇宙中,銀河系只不過是滄海之一粟。在更大的尺度上,星系這樣的龐然大物也不過渺如沙粒,它們只是組成宇宙的基本單元。在2016年,天文學家基于哈勃空間望遠鏡的深度曝光圖像,估算出在可觀測的宇宙中大約有2萬億個星系。如果取銀河系作為均值,那么宇宙中的恒星總數大概在1024的量級,也就是1的后面跟著24個0!可能比地球上沙子的總數還要多得多。

這還不算完,前面提到的“可觀測宇宙”,只是真實宇宙的一小部分。我們知道,宇宙的年齡大約是137.7億年,就算是最早誕生的天體,它發(fā)出的光也只走了不到137.7億年。光在一年里走過的距離是一個“光年”。不過在光線傳播的同時,宇宙的空間也在膨脹,這就使得我們能看到的最遠距離超過了137.7億光年,可達465億光年左右。以此為半徑的球形空間,就是我們能觀測到的極限范圍。在此之外的空間有多大,我們并不知曉,也無法知道其中還有多少恒星。

最后,我們所處的這個宇宙,可能也只是宇宙大爆炸之后因暴脹而形成的無數個“宇宙泡”中的一個,其他泡泡就是和我們互不連通的“行宇宙”。行宇宙中的物理參數不同于我們的宇宙,會有不同的演化圖景,其中的恒星數目也無從估計。

如此深究之后,沒想到“天上有多少顆星星”——這個小孩子幾乎都問過的問題,竟然復雜到接于“玄學”了。不過,通過測質量、數星星來了解我們的銀河系,進而去了解宇宙的大尺度結構,這是認識自然的必然歷程,也一定會幫助我們揭示出更多的宇宙奧秘。

(作者系北京天文館副研究員李 鑒)

關鍵詞: 天上 星星

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