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兵在掌上阅 亮剑弹指间

天上星星知多少


■李会超

哈勃太空望远镜在“极限深场”模式下拍摄的遥远星系。

一首歌唱道:“天上的星星,数也数不清。”然而,对于天文学家来说,宇宙中总共有多少颗恒星,是他们一直试图搞清楚的问题。

古希腊天文学家在观察夜空中的星星时,根据习惯将星星的亮度划分为6个等级。1850年,英国天文学家普森对这个亮度划分方法进行了定量测量,发现古希腊天文学家定出的1等星亮度大概是6等星亮度的100倍。也就是说,星等每相差1等,我们观察到的星星亮度就会相差约2.512倍。

按照这个标准,天文学家将星等的标准向明亮和暗弱两个方向扩展。有些星体比1等星更明亮,其星等的值就小于1甚至为负值;而一些比6等星更暗弱的星,则有着7等、8等甚至数值更高的星等。

例如,夜空中引人注目的亮星天狼星,星等可达-1.4。需要注意的是,这里的星等是按照在地球上观察到的亮度定义的,因此有时也被更准确地称为“视星等”。视星等数值越高,在地球上看起来越暗弱,其实际亮度却并不一定低。因为,星体亮度有可能是距离遥远导致的。

根据经验,人眼在不借助任何观测工具的情况下,能观察到的最暗弱的星大概为6.5等。1930年,美国耶鲁大学天文学家统计了整个天空中亮度高于6.5等的星体,制成了“耶鲁亮星星表”。其后,这个星表又更新过数次。根据该星表的统计,天空中理论上总共有9000颗左右的星体,可被我们的肉眼直接识别观察到。

对于特定位置的观测者来说,由于总有一部分星体处于地平线以下,因此某一时刻出现在夜空中的星体数量在4000颗左右。不过,实际能观察到的星体数量,还受多种观测条件和因素影响,其中主要的原因是人类夜间活动照明的增加。在大城市,相当一部分星体被人造光源遮蔽,人们在晴朗夜空中可以看到的星星不过几十颗。如果您远离城市,就有机会饱览城市中难以看到的璀璨星空。

如果你想弄清楚一个米缸里有多少粒米,一粒一粒数完显然不是一个快捷的方式。完成这个任务的捷径是,先取出少量米,数出米粒数量,并测量这些米所占有的体积,进而可以计算出单位体积内米的数量。之后,对米缸的总体积进行测量,就能得到米缸内米粒的大致数量。虽然不能做到完全精确,但至少能得到一个八九不离十的估算结果。

使用这种方式,天文学家已经开展了对宇宙中恒星总数的估算工作,试图回答“宇宙中究竟有多少颗星星”这个看似简单实际却十分复杂的问题。

在宇宙中,恒星并非均匀孤立地存在,而是聚合成了一个又一个星系。距离地球最近的恒星太阳,就处在银河系的星系中。只要估算宇宙中总共有多少个星系、每个星系内平均有多少颗恒星,两者相乘后就能得到恒星的总数。

有些星系离我们较近,可观察到比较丰富的细节。而非常遥远的星系,即便在性能最强大的望远镜获取的图像中,也仅能被大致分辨出来。太阳所在的银河系本身包含有一千亿到一万亿颗恒星,但并非所有的星系都有银河系这样的规模。2008年,天文学家利用“斯隆”数字巡天望远镜对距离较近的星系进行观察,估计每个星系内平均包含有约五千万颗恒星。但也有天文学家在进一步研究中,将这个估值调高到一亿颗。相比于各个星系的平均水平,银河系可以说是个不折不扣的“大块头”。

哈勃太空望远镜是目前观测能力最强的望远镜之一。当它遥望宇宙的尽头,希望尽其所能看到宇宙中最深邃的那部分时,会切换到“极限深场”模式,通过对特定天区的反复曝光累积,来观测一些非常暗弱的星系。根据这些观测资料,天文学家就能对星系数量作出目前最准确的估算,其总量大概在一万亿颗左右。

用这个数字乘以每个星系中的平均恒星数量,可以得到宇宙中的恒星总数大概为一万亿亿颗。从这个数字看,我们通过肉眼观察到的夜空中的星体,仅仅是宇宙恒星家族中很小的一部分。

随着欧空局“盖亚号”太空望远镜等新一代观测设备的使用,宇宙中恒星总数也许会被进一步校准。

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