宇宙中有多少个星系？

陈国帆spp

宇宙中有多少个星系？

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从远古茹毛饮血的原始时代，到现在飞向太空的科技时代，人类科技真正发展的时间只有三百多年。




但我们取得的成就是惊人的，人们的生活质量获得的大大的提升，同时目光也投向了天空，对宇宙展开了全方位的探索。
我们常用“浩瀚”来描述宇宙，但假如追问宇宙究竟有多浩瀚，似乎就没有了更具体的概念。在过去的很长一段时间里，地球的大气层都严重限制了人类对宇宙深处的观测能力，只有走出地球，我们才能真正领略太空的寂静与广阔。




通过大型光学太空望远镜传回的一系列照片，我们看到了宇宙深处闪耀的恒星与星系。于是不由得产生了另一个问题：宇宙中究竟有多少星系？
我们并不能看到宇宙的每一处角落，又是如何得出具体的数据呢？




要回答这个问题，离不开已经垂垂老矣的哈勃望远镜。在过去它长达三十多年的工作时间里，它的有效观测次数累计超过100万次，面对我们今天提出的问题，它也一次次给出了答案，并且不断的刷新着人们的认知。




1995年，哈勃空间望远镜升空五年之后，科学家将它的方向对准了北斗七星勺之上的一片天区，在地球上用肉眼看，那里几乎什么都没有。这一小片区域只有硬币的大小，占全天的2600万分之一。
哈勃望远镜对这片虚无的地方进行了10天累计342次的拍摄，波段涵盖了紫外线，可见光以及红外线。为了获得更多的进光量，哈勃每次的拍摄时间通常都需要20-40分钟，最终研究人员得到了342张照片。把这些照片叠加处理之后，我们就看到了首个哈勃深空场。




在这仅有硬币大小的方圆之地中，存在着至少1500个大大小小的星系，它们每一个都和银河系的体量相近，这些星系距离地球有远有近，近的距离地球从百万到千万光年不等，它们以明亮的蓝色和紫色显示，那些和地球相距较远的星系则达到了百亿光年，它们发出的波长在遥远的距离下已被拉伸到了红外波段，于是在图中呈现暗淡的红光。




通过这张照片科学家估算，在当前的可观测宇宙中，至少存在1000亿个星系，这是人类首次对宇宙星系下限的估算，我们似乎已经对这个数字没有什么概念了，然而这还仅仅是刚开始。
在哈勃深空场大获成功以后，哈勃望远镜又相继进行了多次的深空观测。




2003年，哈勃望远镜将镜头对准了天炉座方向，这片区域位于赤经3h 32m 40.0s，赤纬-27°47' 29"，其范围只有3平方角秒，把胳膊伸直朝向太空，这时指甲盖的大小就是哈勃望远镜本次拍摄的区域，用肉眼在这里看到不到任何天体，它远离了银河系的众多恒星，也就减少了干扰。




这次的观测工作分为了两个阶段，第二阶段时哈勃新安装的第三代广角相机和红外相机派上了用场，进行了97.6万秒累计800次的曝光拍摄，分析结果表明，这张哈勃超级深场的星系数量至少有一万个，它们绝大多数的亮度都比人类肉眼可见最暗的天体还要暗10亿-40亿倍，其中距离地球最远的星系达到了130亿光年。




根据这次超深空场包含的星系数量，科学家重新对宇宙所包含的星系数量进行了估算。在可观测宇宙内，宇宙的星系数量至少达到了1500亿，那么科学家是如何通过深场照片，估算出整个宇宙的星系数量呢？




现代天文学认为，宇宙中物质的分布密度总体是比较均匀的。也就是说数一数照片中有多少个星系，再计算拍摄区域所占整个天空的比例，就能大概估算出整个宇宙中有多少星系。
最初，科学家把这一数值估算到了1760亿




不过后来诺丁汉大学的一个研究团队在计算机中模拟了宇宙，它以宇宙大爆炸理论为基础，加入了各种数学模型和物理参数，再结合哈勃望远镜的观测数据，最终计算出，在当前930亿可观测宇宙的范围内，至少存在着两万亿个星系，是先前估算的十倍之多。




事实上由于宇宙尘埃的阻挡和距离的遥远，很多星系我们都观测不到。并且以上的统计数据，都基于目前的可观测宇宙。
在可观测宇宙之外，还有我们看不到的宇宙，那里发出的光还没有达到地球，按照宇宙目前的膨胀速度来看，它们的光线可能永远也传不过来，所以真实的宇宙大小，早已远远超出了我们的认知。

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这张有点丑的照片，却包含了1万个星系，成哈勃代表性照片之一！

王丽梅

可观测宇宙中约有两千亿个星系[1]。宇宙的不可观测部分、多重宇宙之类的情况目前未知。
2016 年的一项研究根据哈勃望远镜的观测数据估计可观测宇宙中约有两万亿个星系[2]，2021 年一项新研究根据新视野号的观测数据对此进行了反驳，将可观测宇宙中的星系数量重新估计为约两千亿个[3]。
这两千亿个星系大致含有一亿亿亿颗恒星，还有比恒星的数量更多的褐矮星与行星。
作为对比：
1 个成年人身上的人体细胞的总数约为 37.2 万亿，
26881720430 个成年人身上的人体细胞的总数约为一亿亿亿，
一个平均尺寸的成年人身上约有六千亿亿亿个原子，这比可观测宇宙中的小行星与彗星的总数要少。