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夜阑遥望数千星 为数尽天上星我们绞尽脑汁
时间:2021-03-30 15:45:47

在儿时的印象中,天上的星星密密匝匝,令人眼花缭乱,就像河滩上的沙子一样,数也数不清。人们常用星罗棋布来形容数量众多,实在是贴切不过。那么,天上到底有多少颗星星呢?从古至今,好奇的人们数了一遍又一遍,而人类对宇宙的认识,也在数星星的过程中越来越深入。

夜阑遥望数千星

中国古代对星空的观察与探究源远流长,早在战国时期就出现了世界上最早的星表——《石氏星表》。三国时,吴国的太史令陈卓将当时流行的甘德、石申和巫咸氏三家星经加以整理、规范,确立了283个星官,一共包含1464颗星,史称“陈卓定纪”。隋唐时期,名为丹元子的隐士创作了《步天歌》,将全天星官归纳为三垣二十八宿,成为流传后世的“标准”中国星象体系。

明末清初西学东渐之后,钦天监官员和传教士对传统星象体系进行了比较大的扩充。清朝道光年间编撰的《仪象考成续编》中,所刊载的恒星总数达到了3240颗。我们现在使用的中国星名,都是据此而来。

到了现代,天文学巡天观测已经给全天比较亮的恒星做了好几轮“大普查”。结果表明,那些相对明亮、能被肉眼直接看到的恒星,总数为9000颗左右。

在不同的纬度,见到的星空区域是不一样的,纬度越高,所见的星空范围越小。例如,在赤道上,能看到全部天区。但是在南北极,就只能看到半个星空,另一半星星永不上升。在北纬30度地区,能看到的星星总计在8100颗左右。只是在都市的夜晚,我们见到的星星基本上超不过几十颗。它们几乎都被灯光淹没了。

千亿繁星塑银河

我们肉眼能见到的所有恒星,都只是太阳的近邻,仅仅是银河系的冰山一角。银河系包含多少颗恒星呢?不少天文学家为解决这个问题付出了艰苦卓绝的努力。其中最著名的是发现天王星的英国天文学家赫歇尔,到1785年,他用自制的望远镜数出了117600颗星。1922年,荷兰天文学家卡普坦总结了他和同行们的照相数据,通过统计恒星数目并分析它们的分布,构建了一个银河系的物理模型,包含474亿颗恒星!

但是仅凭数数是不可能知道银河系恒星数目的。这不仅仅是因为越远的恒星看上去越暗,超出了我们的探测极限,而且还因为恒星与恒星之间的星际空间里,遍布着极其稀薄但体量庞大的星际气体和尘埃。它们会吸收和遮蔽远处的星光,使得恒星计数的方法不再准确。

于是天文学家想到了给银河系“称重”的办法:求出银河系的总质量之后,就可以根据恒星的平均质量估计出恒星的数量。哈勃空间望远镜和“盖娅”卫星2019年的最新观测数据表明,银河系的总质量约等于太阳质量的1.54(+0.75/-0.44)万亿倍。不过其中有高达84%的质量由暗物质组成,性质与组成恒星和行星的普通物质完全不同,既不发光也不参与电磁相互作用。

在16%的发光物质中,恒星只占4%,另外12%是星际气体和尘埃。这样我们就可以估计出,银河系里恒星的总质量大约是600多亿倍太阳质量。但是要知道,恒星的大小和质量千差万别,质量越小的恒星,数量也越多。比太阳质量小的恒星,其数量要比更大质量的恒星多得多。考虑这个修正后,银河系里的恒星数量估计在2000亿—4000亿颗左右。如果把它们“分给”地球上的人,平均每人能“分到”上百颗。

万亿星系共一隅

在整个宇宙中,银河系只不过是沧海之一粟。在更大的尺度上,星系这样的庞然大物也不过渺如沙粒,它们只是组成宇宙的基本单元。在2016年,天文学家基于哈勃空间望远镜的深度曝光图像,估算出在可观测的宇宙中大约有2万亿个星系。如果取银河系作为平均值,那么宇宙中的恒星总数大概在1024的量级,也就是1的后面跟着24个0!可能比地球上沙子的总数还要多得多。

这还不算完,前面提到的“可观测宇宙”,只是真实宇宙的一小部分。我们知道,宇宙的年龄大约是137.7亿年,就算是最早诞生的天体,它发出的光也只走了不到137.7亿年。光在一年里走过的距离是一个“光年”。不过在光线传播的同时,宇宙的空间也在膨胀,这就使得我们能看到的最远距离超过了137.7亿光年,可达465亿光年左右。以此为半径的球形空间,就是我们能观测到的极限范围。在此之外的空间有多大,我们并不知晓,也无法知道其中还有多少恒星。

最后,我们所处的这个宇宙,可能也只是宇宙大爆炸之后因暴胀而形成的无数个“宇宙泡”中的一个,其他泡泡就是和我们互不连通的“平行宇宙”。平行宇宙中的物理参数不同于我们的宇宙,会有不同的演化图景,其中的恒星数目也无从估计。

如此深究之后,没想到“天上有多少颗星星”——这个小孩子几乎都问过的问题,竟然复杂到接近于“玄学”了。不过,通过测质量、数星星来了解我们的银河系,进而去了解宇宙的大尺度结构,这是认识自然的必然历程,也一定会帮助我们揭示出更多的宇宙奥秘。

(作者系北京天文馆副研究员)

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