生活中,人们常用“多如天上的星星”来形容巨大的数量,那么,天上的星星是不是真的多到数不清呢?有没有什么办法能估算出星星的数量呢?
如果我们只考虑那些肉眼可以看到的星星,天上星星是完全可以数得清的。普通人一般所能看到的最暗的星是6等星,亮度在6等以上的恒星,全天空其实也不过5600颗左右。即使我们一天数上100颗,2个月下来也就数过一遍了。
当然了,即使在银河系内,这些肉眼可见的恒星也只占极小的一部分,更不要说整个宇宙还有大量的星系了。在整个宇宙中,单是我们的银河系中的恒星个数都多到无法数得清,看来宇宙中的星星似乎真的没办法数清楚了。
天文学家们很聪明,他们想出了一些聪明的办法,来估算宇宙中到底有多少颗恒星。
众所周知,宇宙中的恒星不是分散分布的,而是聚集在一个个星系里,如果我们知道每个星系中的恒星个数,也知道了宇宙中星系的总数,这样两者乘起来,自然就是宇宙中恒星的总数了。所以,要数出整个宇宙的星星个数,就要先数清一个星系,例如我们的银河系中到底有多少颗星。
如果给你一袋黄豆,问你袋子里大概有多少颗黄豆,你应该怎么做呢?
一颗颗数显然太麻烦了,如果有个比较精确的秤,称出一颗豆子和整袋豆子的重量,只要用简单的除法就知道袋子里大概有多少颗豆子了。对付星星,也可以用类似方法应对,例如测出银河系中恒星总质量和每颗恒星的质量,就可以算出恒星个数了。
不过恒星有大有小,不像是一袋黄豆,而更像是掺杂在一起的黄豆、绿豆、蚕豆等各式豆子。像太阳这么大的恒星虽然很多,但是更小和更大的恒星也不算少。最小的恒星的质量只有太阳的8%,大的恒星质量则可能达到太阳的200倍。这样一来,要算出恒星的个数就不方便了。不能简单地用总质量去除以某颗恒星的质量,还要知道银河系中各种质量的恒星所占比例才行。
不同质量恒星的比例关系对于天文学家来说并不陌生,只要观测银河系一块区域,统计一下各种恒星个数就可以得到。
另外还有个问题,恒星的总质量也不是可以方便地拿过来就能用的。因为虽有办法测量整个银河系的质量,但是占银河系质量大部分的是看不见的暗物质,恒星所占比例并不大。而可以较方便测出的是所有恒星总光度,也就是合起来发出的光的强度。幸好,恒星的质量和光度有确定的关系,一般来说质量越大光度越大。知道了各种质量恒星的数量比例,也就知道了各种光度恒星的比例,结合所有恒星的总光度,自然就能算出恒星的数量了。
通过这样的方法,我们现在知道,银河系大约有1000亿颗恒星。
银河系有多少颗恒星,我们已经知道了,是不是只要乘上星系的数目就得到答案了呢?事情没有这么简单。
银河系是形状扁平、有旋臂的旋涡星系,用银河系来估算所有旋涡星系中的恒星数量是合理的。不过宇宙中并不是只有旋涡星系,还有很多星系是椭球形、没有旋臂的椭圆星系。
过去天文学家按照银河系来估算椭圆星系的恒星数量,这样过于草率了。美国耶鲁大学的天文学家最近发现,椭圆星系中的一类恒星——红矮星要远比银河系中多。红矮星是恒星中质量最小的那一种,它们温度很低,所以颜色是红的,发出的光也很黯淡。正是由于它们很暗,所以天文学家不方便直接观测到其他星系中的红矮星。
耶鲁大学的天文学家利用恒星光线的光谱克服了这个困难,他们研究了距离我们5000万到1亿光年的8个椭圆星系,分析它们发出的光。结果发现,其中某种颜色的光格外强,而这种光只有质量不到太阳30%的红矮星才会发出。据此他们推测,这些星系中的红矮星数量十分巨大,要比银河系中的同类恒星多20倍。
由此可知,椭圆星系中的恒星数量要比旋涡星系多。天文学家由此认为,计算恒星数量的时候,旋涡星系和椭圆星系必须区别开来。这样算出来的宇宙中的恒星数量要远比过去估计的多。
至于宇宙中有多少星系,这个还是要靠数。当然,天文学家不会把全天所有星系一个一个数出来,这不可能办得到,星系数量可以说和银河系中恒星的数量是同量级的。天文学家的办法是把全天等分成很多块区域,数其中一块天区中的星系数量,然后乘上天区的块数,就可以估算出整个宇宙中的星系数了。
之所以他们可以这样做,是因为宇宙中的星系在大范围内分布是均匀的,虽然有些星系团之类的结构,不过只要范围拉大,就不影响宇宙的均匀性。
数星系的时候,需要强大的望远镜,例如哈勃空间望远镜,这样才能把躲得最远,看起来最暗的星系都找出来。当然了,由于望远镜能力所限,星系数还不是固定的,随着更强大的望远镜出现,统计出的星系数也可能发生变化。不过,随着望远镜的观测能力越来越迫近宇宙中最初形成的星系,这个数字应该会越来越准确了。
对椭圆星系有了新认识的天文学家,得到的宇宙恒星总数最新结果是3×1023个。佛家有用“恒河沙数”来形容极多,而恒星这样庞大的数量,连恒河中的沙粒恐怕都比不了,全世界的海滩、河滩上的沙子加起来还差不多吧。
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