“稱重”+“普查”為數(shù)盡天上星我們絞盡腦汁

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(shù)也數(shù)不清。人們常用星羅棋布來形容數(shù)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(shù)了一遍又一遍，而人類對宇宙的認識，也在數(shù)星星的過程中越來越深入。

夜闌遙望數(shù)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(xiàn)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(jīng)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(shù)達到了3240顆。我們現(xiàn)在使用的中國星名，都是據(jù)此而來。

到了現(xiàn)代，天文學巡天觀測已經(jīng)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(shù)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?nèi)庋勰芤姷降乃泻阈牵贾皇翘柕慕?，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(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計恒星數(shù)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(shù)數(shù)是不可能知道銀河系恒星數(shù)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(shù)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(jù)恒星的平均質量估計出恒星的數(shù)量。哈勃空間望遠鏡和“蓋婭”衛(wèi)星2019年的最新觀測數(shù)據(jù)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，性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(shù)量也越多。比太陽質量小的恒星，其數(shù)量要比更大質量的恒星多得多?？紤]這個修正后，銀河系里的恒星數(shù)量估計在2000億～4000億顆左右。如果把它們“分給”地球上的人，平均每人能“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。如果取銀河系作為平均值，那么宇宙中的恒星總數(shù)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(shù)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(shù)個“宇宙泡”中的一個，其他泡泡就是和我們互不連通的“平行宇宙”。平行宇宙中的物理參數(shù)不同于我們的宇宙，會有不同的演化圖景，其中的恒星數(shù)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，竟然復雜到接近于“玄學”了。不過，通過測質量、數(shù)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。