天上星星知多少

王瑞良

每個(gè)人在孩提時(shí)代，大概都會(huì)有在繁星滿天的夜晚，仰望天空數(shù)星星的經(jīng)歷。一顆、兩顆、三顆……可總也數(shù)不清。這或許是人類的一種探求未知的本能使然。這種本能延續(xù)下來(lái)，使得一些天文學(xué)家多年來(lái)一直在孜孜不倦又異常艱難地 “數(shù)星星”。

在浩渺無(wú)際的宇宙中，究竟有多少顆星星？迄今為止還沒(méi)有一位科學(xué)家能精確回答。但是，相對(duì)說(shuō)得通的答案還是有幾個(gè)的。

答案之一：7乘以10的22次方

這是澳大利亞國(guó)立大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)研究院的西蒙·德賴弗教授及其小組，在2003年于悉尼召開(kāi)的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合大會(huì)上公布的計(jì)算結(jié)果。這個(gè)數(shù)字是什么概念呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，這個(gè)數(shù)字大于地球上所有海灘上和沙漠里沙粒的總和。

德賴弗教授是怎樣計(jì)算出這一結(jié)果的呢？他們使用世界上最先進(jìn)的射電望遠(yuǎn)鏡，首先計(jì)算出離地球較近的一片空間里有多少個(gè)星系。然后，通過(guò)測(cè)量星系的亮度，估計(jì)出每個(gè)星系里有多少顆星星。接下來(lái)，再根據(jù)這個(gè)數(shù)字來(lái)推斷在可見(jiàn)的宇宙空間里有多少顆星星。這是他們根據(jù)全球最大的星系調(diào)查“二度視場(chǎng)巡天計(jì)劃”進(jìn)行的一項(xiàng)研究工作。這項(xiàng)工作受到國(guó)際天文學(xué)界的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“7乘以10的22次方”這個(gè)結(jié)果，是當(dāng)時(shí)對(duì)宇宙空間有多少顆星星得出的最精確的數(shù)字，因?yàn)槟菚r(shí)改進(jìn)后的射電望遠(yuǎn)鏡能使他們更精確地計(jì)算出宇宙中有多少個(gè)星系;同時(shí)，日益完善的現(xiàn)代宇宙學(xué)測(cè)量方法，也使他們對(duì)宇宙幾何學(xué)有了進(jìn)一步的了解，并能將這一理論運(yùn)用于宇宙探測(cè)的實(shí)踐。

答案之二：1000億的1萬(wàn)億倍

接下來(lái)的一種估計(jì)是1000億的1萬(wàn)億倍。這曾經(jīng)是不少天文學(xué)家的普遍看法，他們認(rèn)為，每個(gè)星系（包括銀河系）有1000億到1萬(wàn)億顆恒星。其中最具代表性的是美國(guó)康奈爾大學(xué)天文學(xué)家卡爾·薩根的研究結(jié)論。薩根曾撰寫過(guò)一本暢銷書，叫做《千億的千億》。他在書中指出，宇宙空間共有1000億個(gè)星系，每個(gè)星系擁有1000億顆恒星。

在估計(jì)恒星總數(shù)時(shí)，薩根的假設(shè)是，所有星系中矮星（這是宇宙中最常見(jiàn)的恒星）的比例都與螺旋形的銀河系一樣。他說(shuō)：“我們對(duì)宇宙的很多了解，大都基于我們?cè)谧陨硭幍你y河系內(nèi)部所做的、然后推廣到其他星系的觀測(cè)和結(jié)論?！?/p>

答案之三：3乘以10的23次方

薩根教授的上述結(jié)論公布不久，即招來(lái)美國(guó)耶魯大學(xué)天文學(xué)家彼得·范多庫(kù)姆和哈佛大學(xué)天體物理學(xué)家查理·康羅伊等人的質(zhì)疑。他們認(rèn)為，宇宙中大約有三分之一的星系是橢圓形的，并非如薩根所說(shuō)是螺旋形的，而且這些星系的構(gòu)成方式也與銀河系不同。他們利用位于夏威夷的凱克望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)了8個(gè)橢圓形的遙遠(yuǎn)星系，計(jì)算出每個(gè)星系中的紅矮星比人們?cè)阮A(yù)計(jì)的要多10倍到20倍。范多庫(kù)姆說(shuō)：“我們觀測(cè)研究的結(jié)果是，宇宙中恒星的數(shù)量應(yīng)當(dāng)是3乘以10的23次方;換個(gè)說(shuō)法，即3后面加23個(gè)零，或3萬(wàn)億乘以1000億。我們之所以要修改薩根提供的數(shù)字，是因?yàn)橐恍┬窍怠谒行窍抵姓既种坏臋E圓形星系——中有多達(dá)1萬(wàn)億到10萬(wàn)億顆恒星，而不是區(qū)區(qū)的1000億顆?！?/p>

這是一個(gè)難以想象的巨大數(shù)字，即使對(duì)習(xí)慣于與光年和萬(wàn)億打交道的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)也是如此。一個(gè)有趣的巧合是：平均而言，人體內(nèi)有大約50萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，如果以此數(shù)乘以地球人口60億的話，剛好是3乘以10的23次方個(gè)細(xì)胞——宇宙中恒星的數(shù)量正好相當(dāng)于地球上人體細(xì)胞的總和。

美國(guó)夏威夷莫納克亞山頂上的天文望遠(yuǎn)鏡之一凱克。它為雙主鏡望遠(yuǎn)鏡，口徑10米，由36個(gè)直徑為1.8米的六邊形小鏡片組成，足球狀的圓屋頂建筑有11層樓高。

業(yè)界的反響

范多庫(kù)姆和康羅伊的研究成果最近在《自然》周刊網(wǎng)站發(fā)表后，立即在國(guó)際天文學(xué)界引起巨大反響。美國(guó)加州理工學(xué)院天文學(xué)家理查德·埃利斯評(píng)論說(shuō)：“兩人的論文挑戰(zhàn)了‘一個(gè)較有秩序的宇宙這一假設(shè)，支持了‘宇宙比我們想象的更為復(fù)雜這種觀點(diǎn)，他們的研究工作雖然可能使一些人感到不快，但應(yīng)當(dāng)說(shuō)是有道理的。新研究的最大弱點(diǎn)，也許是關(guān)于橢圓形星系中的化學(xué)成分與銀河系的矮星一樣這一假設(shè)，這可能是錯(cuò)誤的。”但是他又說(shuō)：“現(xiàn)在就來(lái)從總體上判斷二人的研究結(jié)論是對(duì)是錯(cuò)，還為時(shí)尚早。不過(guò)他們的研究確實(shí)打亂了這一領(lǐng)域的平靜，就像鴿群中闖來(lái)了一只貓?！?/p>

更多的天文學(xué)者則在肯定兩位專家研究成果的同時(shí)，指出3乘以10的23次方這個(gè)數(shù)字，并不能認(rèn)為就是整個(gè)宇宙中星星的終極數(shù)量，而是在現(xiàn)代科技手段力所能及的范圍內(nèi)，計(jì)算出的相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果。真正的數(shù)字可能會(huì)比這個(gè)大得多，甚至是無(wú)窮大。

一位智者曾指出：未曾仰望星空的人不可能有深刻的思想，而探索宇宙的激情能為人們鑄就寬廣的胸懷和純潔的心靈。當(dāng)我們建立起清晰的宇宙觀念并徹悟到自身的確切位置時(shí)，科學(xué)就會(huì)成為信仰的一部分。不斷開(kāi)拓知識(shí)的疆界，走向宏大和遼闊，是我們這顆星球上每一代人不懈的追求和無(wú)上的榮光。這一段話，我想也許就是當(dāng)代天文學(xué)家們?cè)谔剿饔钪鎶W秘這條道路上不畏艱險(xiǎn)、勇于攀登的原動(dòng)力吧。