俗話說(shuō)“天上星，數(shù)不清”。宇宙到底有多少顆星星在閃爍？這似乎是一個(gè)無(wú)解的難題，因?yàn)橐胫烙钪嬷泻阈堑臄?shù)量，你必須先知道宇宙有多大。
曾幾何時(shí)，人類(lèi)以為銀河系就是全部的宇宙，夜空中那些模糊的光點(diǎn)只是銀河系中的氣體云團(tuán)。隨著天文觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家意識(shí)到宇宙中除銀河系之外，還有許許多多非常黯淡的河外星系。通過(guò)其中的“量天尺”——造父變星，科學(xué)家估算出它們到地球的距離從數(shù)百萬(wàn)光年到幾億光年不等。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的結(jié)果向我們展示了一個(gè)更加震撼的事實(shí)——宇宙已經(jīng)有138億年的歷史，而可觀測(cè)宇宙的半徑達(dá)460億光年！
那么在如此廣闊的宇宙中，到底有多少顆恒星呢？
理論上如果有一臺(tái)足夠強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，我們就可以“數(shù)”清可觀測(cè)宇宙中星星的數(shù)量——只要觀測(cè)的時(shí)間夠長(zhǎng)，無(wú)論多么黯淡遙遠(yuǎn)的星系，它釋放的光子總能被望遠(yuǎn)鏡捕捉到。將頭頂?shù)奶炜諕呙枰槐椋匀豢梢杂?jì)算出全部恒星的數(shù)量。
可惜這個(gè)方法根本行不通，天文望遠(yuǎn)鏡的尺寸和分辨率畢竟有限，氣體云團(tuán)還會(huì)阻礙我們的視線。有些遙遠(yuǎn)的星系只能靠橫亙?cè)诘厍蚝退g的另一個(gè)星系充當(dāng)“放大鏡”才能看到。
無(wú)奈之下科學(xué)家只好選一塊看上去沒(méi)有氣體云團(tuán)和星系的天區(qū)，希望能在長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)之后，數(shù)數(shù)到底能發(fā)現(xiàn)多少個(gè)“隱藏”星系。1995年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向大熊座方向一片貌似空蕩蕩的天空，開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)10天的“凝視”。
這片天區(qū)僅占整個(gè)天空的2400萬(wàn)分之一，相當(dāng)于你在100米之外看一個(gè)網(wǎng)球。當(dāng)哈勃深空?qǐng)觯℉DF）照片發(fā)布時(shí)，所有人都驚呆了——這片狹小的天空中竟然有3000多個(gè)星系！
嘗到甜頭的科學(xué)家在2003年又指揮哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天爐座方向，這次觀測(cè)的天區(qū)大約為全天的2600萬(wàn)分之一，結(jié)果同樣震撼——在哈勃超深場(chǎng)（HUDF）照片中，大約有10,000個(gè)大小不一、千姿百態(tài)的星系！
如果一直看下去，我們能看到多遠(yuǎn)的距離和多少星系呢？科學(xué)家迫切想知道答案。2012年，哈勃望遠(yuǎn)鏡再次對(duì)準(zhǔn)南天一片更小的天空。它有多小呢？放在滿(mǎn)月旁邊，還不到其角直徑的1/10，在整個(gè)天空只占1/3200萬(wàn)，和鉛筆尖差不多大??！
23天的漫長(zhǎng)觀測(cè)后，哈勃極端深場(chǎng)（XDF）照片展現(xiàn)在我們面前，5,500多個(gè)星系閃爍其中，它們和地球相隔132億光年以上，當(dāng)光子從這些星系出發(fā)時(shí)，宇宙才誕生4.5億年！
這三張宇宙“切面照片”揭示了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，距離我們最近和最遠(yuǎn)的宇宙星系的數(shù)量似乎更少，而距今50億至90億光年的宇宙星系數(shù)量反而最多，但科學(xué)家猜測(cè)，宇宙誕生初期應(yīng)該擁有更多的星系，只是因?yàn)樗鼈兊墓饷⑦^(guò)于黯淡，哈勃根本無(wú)法觀測(cè)到。因此，可觀測(cè)宇宙中星系的數(shù)量也不是5,500乘以3200萬(wàn)，即1760億個(gè)，而應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)數(shù)量。
為了證實(shí)這一猜測(cè)，英國(guó)諾丁漢大學(xué)科學(xué)家用電腦創(chuàng)建一個(gè)“虛擬宇宙”，將宇宙大爆炸作為初始條件，再將各種物質(zhì)組成和物理定律輸入數(shù)學(xué)模型。計(jì)算結(jié)果顯示，可觀測(cè)宇宙星系的數(shù)量至少有——2萬(wàn)億個(gè)！每個(gè)星系按1000億顆恒星計(jì)算，可想而知恒星的數(shù)量有多驚人！由于宇宙在演化過(guò)程中星系一直在不斷合并，早期宇宙的星系數(shù)量和密度還要遠(yuǎn)超現(xiàn)在！
至此科學(xué)家總算“數(shù)”清了可觀測(cè)宇宙中星星的數(shù)量，至于可觀測(cè)宇宙之外還隱藏著多少星系，整個(gè)宇宙到底有多大，也許隨著未來(lái)人類(lèi)科學(xué)的進(jìn)步，我們終有一天能夠知曉！
參考資料：
Christopher Conselice：Observable universe contains two trillion galaxies, 10 times more than previously thought
Wikipedia：Hubble Deep Field/ Hubble Ultra-Deep Field
NASA Site: Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest-Ever View of the Universe
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