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宇宙無窮時空無限

生活 更新时间:2024-09-03 21:24:36

生活中,人們常用“多如天上的星星”來形容巨大的數量,那麼,天上的星星是不是真的多到數不清呢?有沒有什麼辦法能估算出星星的數量呢?

宇宙無窮時空無限(宇宙廣袤星河燦爛)1

數星星得用乘法

如果我們隻考慮那些肉眼可以看到的星星,天上星星是完全可以數得清的。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,全天空其實也不過5600顆左右。即使我們一天數上100顆,2個月下來也就數過一遍了。

當然了,即使在銀河系内,這些肉眼可見的恒星也隻占極小的一部分,更不要說整個宇宙還有大量的星系了。在整個宇宙中,單是我們的銀河系中的恒星個數都多到無法數得清,看來宇宙中的星星似乎真的沒辦法數清楚了。

天文學家們很聰明,他們想出了一些聰明的辦法,來估算宇宙中到底有多少顆恒星。

衆所周知,宇宙中的恒星不是分散分布的,而是聚集在一個個星系裡,如果我們知道每個星系中的恒星個數,也知道了宇宙中星系的總數,這樣兩者乘起來,自然就是宇宙中恒星的總數了。所以,要數出整個宇宙的星星個數,就要先數清一個星系,例如我們的銀河系中到底有多少顆星。

看光數星星

如果給你一袋黃豆,問你袋子裡大概有多少顆黃豆,你應該怎麼做呢?

一顆顆數顯然太麻煩了,如果有個比較精确的秤,稱出一顆豆子和整袋豆子的重量,隻要用簡單的除法就知道袋子裡大概有多少顆豆子了。對付星星,也可以用類似方法應對,例如測出銀河系中恒星總質量和每顆恒星的質量,就可以算出恒星個數了。

不過恒星有大有小,不像是一袋黃豆,而更像是摻雜在一起的黃豆、綠豆、蠶豆等各式豆子。像太陽這麼大的恒星雖然很多,但是更小和更大的恒星也不算少。最小的恒星的質量隻有太陽的8%,大的恒星質量則可能達到太陽的200倍。這樣一來,要算出恒星的個數就不方便了。不能簡單地用總質量去除以某顆恒星的質量,還要知道銀河系中各種質量的恒星所占比例才行。

不同質量恒星的比例關系對于天文學家來說并不陌生,隻要觀測銀河系一塊區域,統計一下各種恒星個數就可以得到。

另外還有個問題,恒星的總質量也不是可以方便地拿過來就能用的。因為雖有辦法測量整個銀河系的質量,但是占銀河系質量大部分的是看不見的暗物質,恒星所占比例并不大。而可以較方便測出的是所有恒星總光度,也就是合起來發出的光的強度。幸好,恒星的質量和光度有确定的關系,一般來說質量越大光度越大。知道了各種質量恒星的數量比例,也就知道了各種光度恒星的比例,結合所有恒星的總光度,自然就能算出恒星的數量了。

通過這樣的方法,我們現在知道,銀河系大約有1000億顆恒星。

橢圓星系帶來麻煩

銀河系有多少顆恒星,我們已經知道了,是不是隻要乘上星系的數目就得到答案了呢?事情沒有這麼簡單。

銀河系是形狀扁平、有旋臂的旋渦星系,用銀河系來估算所有旋渦星系中的恒星數量是合理的。不過宇宙中并不是隻有旋渦星系,還有很多星系是橢球形、沒有旋臂的橢圓星系。

過去天文學家按照銀河系來估算橢圓星系的恒星數量,這樣過于草率了。美國耶魯大學的天文學家最近發現,橢圓星系中的一類恒星——紅矮星要遠比銀河系中多。紅矮星是恒星中質量最小的那一種,它們溫度很低,所以顔色是紅的,發出的光也很黯淡。正是由于它們很暗,所以天文學家不方便直接觀測到其他星系中的紅矮星。

耶魯大學的天文學家利用恒星光線的光譜克服了這個困難,他們研究了距離我們5000萬到1億光年的8個橢圓星系,分析它們發出的光。結果發現,其中某種顔色的光格外強,而這種光隻有質量不到太陽30%的紅矮星才會發出。據此他們推測,這些星系中的紅矮星數量十分巨大,要比銀河系中的同類恒星多20倍。

由此可知,橢圓星系中的恒星數量要比旋渦星系多。天文學家由此認為,計算恒星數量的時候,旋渦星系和橢圓星系必須區别開來。這樣算出來的宇宙中的恒星數量要遠比過去估計的多。

宇宙無窮時空無限(宇宙廣袤星河燦爛)2

布滿宇宙的“沙粒”

至于宇宙中有多少星系,這個還是要靠數。當然,天文學家不會把全天所有星系一個一個數出來,這不可能辦得到,星系數量可以說和銀河系中恒星的數量是同量級的。天文學家的辦法是把全天等分成很多塊區域,數其中一塊天區中的星系數量,然後乘上天區的塊數,就可以估算出整個宇宙中的星系數了。

之所以他們可以這樣做,是因為宇宙中的星系在大範圍内分布是均勻的,雖然有些星系團之類的結構,不過隻要範圍拉大,就不影響宇宙的均勻性。

數星系的時候,需要強大的望遠鏡,例如哈勃空間望遠鏡,這樣才能把躲得最遠,看起來最暗的星系都找出來。當然了,由于望遠鏡能力所限,星系數還不是固定的,随着更強大的望遠鏡出現,統計出的星系數也可能發生變化。不過,随着望遠鏡的觀測能力越來越迫近宇宙中最初形成的星系,這個數字應該會越來越準确了。

對橢圓星系有了新認識的天文學家,得到的宇宙恒星總數最新結果是3×1023個。佛家有用“恒河沙數”來形容極多,而恒星這樣龐大的數量,連恒河中的沙粒恐怕都比不了,全世界的海灘、河灘上的沙子加起來還差不多吧。

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