惊人发现：宇宙恒星数量竟不及地球沙粒？

惊人发现：宇宙恒星数量竟不及地球沙粒？

2016年，一项发表于《天体物理学期刊》的研究震惊了科学界：可观测宇宙中大约有2000亿亿颗恒星，而地球上仅海滩的沙粒数量就高达37500亿亿粒，竟是恒星数量的20倍！这一发现不仅展示了宇宙的宏大，还引发了人们对自然界无限奇妙的感叹。

这一惊人数字的得出，离不开人类对宇宙的持续观测与研究。1995年，哈勃望远镜对北半球天空的一小块区域进行了长时间曝光的深度观测。那是一块面积不到满月百分之一的狭小区域，起初看起来空无一物。然而当照片出来后，人们发现之前还空空如也的地方，竟然布满了密密麻麻的各种天体！这张照片便是著名的“哈勃深空场（Hubble Deep Field, HDF）”，也叫“哈勃深空”。经过统计，照片中的星系多达三千个，于是初步估算，宇宙中的星系大约在800亿个左右。

三年后，哈勃又在南天区拍了张类似的照片。由于这次的曝光时间更长，这张“哈勃南天深空”拍出了更多的星系，此后通过它估算出的星系数量增加到了1250亿。

此后，虽然不同模型得出的星系数量不尽相同，但结果都大差不差。这也是“宇宙星系总数在1000亿~2000亿”这个说法的来源。

然而，通过照片数星系的方式存在一个大BUG：我们拍摄的照片并不能代表此刻的宇宙！由于光速限制，星系发出的光到达地球是需要时间的，距离越远花费时间越长。这就相当于星系拍了张自拍，然后寄给我们，等我们收到照片已经是很久很久以后的事了。这就会导致一个现象：近处的星系通常看起来会比较“老”，因为照片拍的就是它们现在的样子；但远处的星系看起来就相对年轻，因为那些照片是在很久很久以前它们还很年轻的时候拍的，有些甚至是出生不久的“满月照”。这个现象意味着，在那之后的几十亿、上百亿年里，一些星系它们已经相互融合成了更大的星系，星系数量会减少；但与此同时，新的星系也在不断地形成，星系数量又会增加。也就是说，我们没办法获知此时此刻的宇宙有多少星系。

2016年，一篇发表于《天体物理学期刊》上的文章中，研究人员通过研究星系密度如何随宇宙变化，从而推测出宇宙中可能的星系总数。

研究人员基于大量观测数据建立的星系质量函数，在排除了宇宙膨胀影响后，计算出位于不同红移区间（也就是不同距离上）的星系密度，这样我们就对宇宙中星系数量的变化规律有了大致了解。其中影响星系数量的因素主要有两个：一个是红移，一个是星系质量。

红移很好理解，不同红移代表宇宙的不同时期，每个时期的星系数量肯定不一样。经过计算发现，星系数量其实与红移的关系并不是特别大。因为当研究人员把红移极限值设定为12时，结果只比红移极限为8的时候星系总数多了65%。

然后，星系质量呢，它代表了什么样的天体可以算作一个星系，太小的话它可能就和星团没什么区别了。所以呢，研究人员设定了100万倍太阳质量的星系质量下限，这也是一些小的矮椭球星系通常的质量下限。

计算结果显示，在宇宙诞生之初，星系密度经历了一个迅速的下降阶段，在30亿年后趋于恒定。这个结果出乎意料。你想啊，早期的宇宙充满了原始气体，此时正是大批恒星集中诞生的时候。新恒星不断出现，带来的结果肯定是星系数量不断上涨才对。但为何计算结果恰恰相反呢？

一个合理的猜测是：在这期间星系间的合并意外的频繁。因为这时候虽然有很多新诞生的星系，但是它们普遍还很小，加上此时的宇宙还没膨胀太大，仍然十分拥挤，因此星系之间很容易发生碰撞，相互融合。如果把星系质量提高一万倍，限定在100亿倍太阳质量（差不多就是大麦哲伦这种比较成熟的星系），那结果就和预想的一样了：随着时间推移，星系的数量稳步上升。因为随着小星系合并，大星系肯定越来越多嘛。

最终，研究人员以红移值8为标准，计算了红移小于8且质量在100万倍太阳质量以上的星系数量。为什么红移设定在8？前面说了，红移值对星系数量的影响不是很大，从8的时期开始（大概是大爆炸后8亿年左右），宇宙中星系的总数就已经基本固定了。再往前算意义不是很大，而且对高红移天体的观测结果本身不确定性就很大。所以，我们只需要计算红移<8的星系数量，基本上就能代表目前宇宙中的星系总数了。

这个数量是多少呢？大约2万亿！没错，比哈勃深场估算出的足足多了10倍。这意味着，通过哈勃望远镜我们只能看到宇宙中1/10的星系，另外的九成虽然理论上有看到的可能，但是因为它们个头太小或离得太远，如今的技术很难将其识别。

这其实也从一方面解释了奥伯斯佯谬的问题：如果宇宙是无限大的，那恒星也是无限多的，那么无论我们朝哪个方向望去，视线总会落到一颗恒星上，所以天空应该是亮的才对，可现实中的夜晚，天空为什么总是黑的呢？

其实都不用无限多，几万亿个星系就足以覆盖视线中的每一个点。只是因为它们太过暗淡，即使通过哈勃、韦伯这样的设备我们也无法尽收眼底。

对了，有必要说一下：本期提到的“宇宙”特指“可观测宇宙”，“2万亿”的这个结果也仅限定在可观测宇宙范围内。但是可观测宇宙的范围会随时间变化，当可观测宇宙以外的光经历了足够长的时间后，它依然有机会进入我们的视野。假如宇宙是无限的话，那是否意味着可观测宇宙的星系数量终将也是无限的呢？

答案是：不会！因为宇宙一直在加速膨胀中，如今我们可观测宇宙中的绝大部分区域，它们已经在以超光速远离我们。

目前可观测宇宙半径大约在465亿光年，假设暗能量保持不变，再过若干亿年，这个半径最终会定格在620亿光年这个极限值。宇宙中的星系数量，虽然在接下来的很长时间内仍会继续增加，但是数量的上限最终只会达到当前数量的2.36倍，也就是不到5万亿。所以这也意味着，哪怕人类文明能够永远存续下去，我们也终将无法等到一览宇宙全貌的那一天。

虽然理论上未来会有更多的星系被我们看到，但实际上，越来越多的星系它们会因为宇宙膨胀而红移越来越大。也就是说，未来我们看到的星系很可能并不会增加，反而是已经看到的星系会逐渐淡出视野，直至永不可见。

现如今，所有红移大于1.69的星系，它们的退行速度都已超过光速。它们此刻发出的光，我们将永远无法看到。若干亿年后，当宇宙中所有星系均以超光速远离彼此时，对于之后宇宙中诞生的新文明来说，它们甚至无法得知有其他星系存在这一事实。由于发现不了空间膨胀，它们可能根本不知道宇宙膨胀这回事，更不会知道宇宙的年龄，甚至不会知道宇宙是有限的。

地球沙粒数量的估算同样是一个复杂的工程。科学家们首先需要测量全球海滩的总面积，然后通过取样分析来确定平均沙粒密度。最终，经过精密计算，得出了这一令人惊叹的数字：37500亿亿粒。

这一数字的得出，不仅展示了自然界的奇妙，也体现了人类对自然认知的不断深化。每一粒沙子，都可能承载着一段宇宙的历史，而我们脚下的这片沙滩，或许就藏着宇宙的秘密。

这一发现的意义远不止于数字的对比。它让我们重新思考人类在宇宙中的位置。宇宙中虽然有2000亿亿颗恒星，但地球上的沙粒数量竟是其20倍之多。这种对比，不禁让人感叹自然界的神奇与宏大。

这一发现也引发了对奥伯斯佯谬的深入思考。如果宇宙中真的有如此多的恒星，为什么夜晚的天空仍然是黑暗的？这一问题至今仍困扰着天文学家，成为探索宇宙本质的重要线索。

从恒星到沙粒，从宏观到微观，这一发现让我们更加敬畏自然，也激励着我们不断探索宇宙的奥秘。正如卡尔·萨根所说：“我们都是星尘所铸，我们是宇宙认识自身的工具。”