【原】宇宙中恒星多還是地球沙子多？這是個(gè)令天文學(xué)家無比悲涼的故事！

星辰大海種花家 2019-10-07

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宇宙中有多少顆恒星？地球上有多少沙粒？這其實(shí)是一個(gè)很“機(jī)車”的話題，因?yàn)檎l都不會一個(gè)個(gè)去數(shù)恒星的數(shù)量，但事實(shí)上天文學(xué)家還真的數(shù)了，而且數(shù)星星方法上還真有一套。

南北天區(qū)目視可見的星星大約有6000-7000顆，這在十八世紀(jì)赫歇爾的兒子約翰·赫歇爾把天文臺建到澳大利亞時(shí)就已經(jīng)知道這個(gè)數(shù)目了！但各位知道是誰第一個(gè)數(shù)了銀河系的星星呢？

赫歇爾的銀河系

就是約翰·赫歇爾的老子威廉·赫歇爾，頂著天王星發(fā)現(xiàn)的余威，赫歇爾用他強(qiáng)大口徑的望遠(yuǎn)鏡開始了一項(xiàng)史無前例的工作，記錄他所觀測到的每一顆恒星的位置，繪制出銀河系的形狀！

1776年，經(jīng)過十多年觀測到117600顆恒星的位置，赫歇爾畫出了銀河系的模樣，猶如一條雙尾巴的魚，如上圖，中心的黑點(diǎn)就是太陽所在，赫歇爾認(rèn)為銀河系大小7500光年，厚度約1300光年，恒星總數(shù)估計(jì)約1億顆，當(dāng)然這和現(xiàn)代銀河系大相徑庭，但各位要知道，此后100年內(nèi)，再無人比赫歇爾更了解銀河系。

現(xiàn)代銀河系

從二十世紀(jì)初我們就知道了銀河系和仙女星系一樣是個(gè)漩渦星系，但對于銀河系的規(guī)模與它的詳細(xì)結(jié)構(gòu)卻要到二十世紀(jì)中后期才會知道，因?yàn)楦鶕?jù)人工觀測記錄恒星位置，簡直就是一件不可能的事情，

仙女星系（M31）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，恒星位置的測定可以用計(jì)算機(jī)來代替，而近地軌道的衛(wèi)星則可以日夜不停的觀測恒星位置，在伊巴谷衛(wèi)星任務(wù)結(jié)束時(shí)，總共完成了數(shù)百萬顆恒星的位置詳細(xì)測定，相對于赫歇爾十年觀測了11.7萬顆恒星的位置，伊巴谷衛(wèi)星則在短短壽命內(nèi)（未準(zhǔn)確入軌，壽命大受影響）就完成了數(shù)百萬顆。并且還有其他天體觀測任務(wù)。

蓋亞衛(wèi)星則以前所未有的精度和恒星數(shù)量將銀河系篩了一遍，到2018年為止，蓋亞已經(jīng)給出了超過二十億顆恒星的三維位置，我們得以在前所未有的精度上重建了銀河系的3D結(jié)構(gòu)。當(dāng)然對于數(shù)量仍然有比較大的誤差，據(jù)估計(jì)銀河系大約有2.5×10^11 ±1.5×10^11顆恒星，通俗的說大概在1000億-4000億之間，因?yàn)槲覀兲幵阢y道面上，被遮擋比例很高，仍然無法準(zhǔn)確估計(jì)。

現(xiàn)代宇宙星系分布：各向同性

我們本星系群成員成員分布稀稀拉拉，再往上是室女超星系團(tuán)、拉尼亞凱亞超星系團(tuán)、雙魚-鯨魚座超星系團(tuán)復(fù)合體，那么問題來了，在遙遠(yuǎn)的宇宙中，星系分布和我們周圍是一致的嗎？哈勃因此在1995年大熊座、1998年杜鵑座、2003年天爐座不務(wù)正業(yè)的對著一片什么都沒有的天區(qū)，連續(xù)曝光十多天到數(shù)月不等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人震驚的事實(shí)，我們的宇宙在任何一個(gè)方向上星系分布都是均勻而且遠(yuǎn)超早先估計(jì)。

上圖是人類看到宇宙的最遠(yuǎn)極限，超過133.5億光年外宇宙的星系分布，其中大約有超過10000個(gè)星系，而這個(gè)區(qū)域的范圍大小只有3平方角分，只有全天區(qū)的12700000分之一的面積。接下來我們可以根據(jù)星系數(shù)量×全天區(qū)面積×星系恒星數(shù)量，算出恒星總數(shù)了？恭喜各位，數(shù)學(xué)滿分，沒錯(cuò)，就這么簡單！

但這是一個(gè)悲傷的故事，因?yàn)橛钪鏌o限大

早在埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹之前，蘇聯(lián)物理學(xué)家弗里德曼就根據(jù)愛因斯坦的引力場方程，假設(shè)宇宙在各個(gè)方向物質(zhì)都均勻分布，依次為基礎(chǔ)計(jì)算出了宇宙的幾個(gè)形狀。

當(dāng)然此時(shí)宇宙的命運(yùn)我們并不清楚，但隨著微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，更被COBE、WAMP、PLANK衛(wèi)星一個(gè)更比一個(gè)高精度的微波背景輻射證明，宇宙在百萬分之六的精度上仍然保持均勻，而1998年兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)宇宙正以超過原先預(yù)估的速度加速膨脹，更有科學(xué)團(tuán)隊(duì)以微波背景輻射為基準(zhǔn)跨越半個(gè)可觀測宇宙測量了宇宙的平坦性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)K=0，請問此時(shí)各位有什么想法？

因?yàn)樘煳膶W(xué)家所有的努力都付諸東流，我們觀測到了133.5億光年以外（忽略宇宙膨脹），大約330億光年（考慮宇宙膨脹）的位置，仍然發(fā)現(xiàn)宇宙中有數(shù)不清的星系！突然天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)星星真的數(shù)不清，不是因?yàn)閿?shù)不清，而是因?yàn)椋?/p>