我們一直少算了 90%？宇宙其實有2 兆個星系

關於數萬億個星系這件事 我們其實只摸到冰山一角 真相可能比你想得更誇張更震撼 當你抬頭看見滿天繁星 那種哇的感覺真的會讓人屏住呼吸 像宇宙在你眼前點亮了一整面燈海 可問題來了 我們到底看見了宇宙的多少 我們眼睛裏那片星空 究竟算不算全貌 站在地球這個小小觀鏡臺上 你無論怎麼看 都不可能把整個宇宙一口氣看完 範圍實在太大了 但就在不久前 天文學家幹了一件很硬核的事 他們做了一次宇宙人口普查 專門去統計 可觀測宇宙裏到底有多少星系是低調潛伏几乎不發光的那種 結果一查不得了 他們在數據裏挖出了幾件讓人頭皮發麻完全超出直覺的事 最終結論相當炸裂 宇宙裏至少有兩萬億個星系 差不多是過去常見估計的十倍 等於我們以前一直在少算一個數量級 接下來我們就用最直白的方式帶你看 專家到底怎麼把這些藏起來的星系揪出來 而這件事 又會怎樣 刷新我們對宇宙版圖的認識 你會發現 我們不是 什麼都看不見 問題在於我們看得到的 始終只是全貌裏的一小小角落 夜空再壯觀再像大片 它也只是宇宙遞給我們的一張試看片段 真正的正片 還在更遠更暗更難觸及的地方 而且這不只是肉眼的問題 就算換上太空望遠鏡 地面天文臺 這種超級長焦 本質限制也一樣存在 那到底爲什麼會這樣 宇宙又不是故意躲着我們對吧 答案很簡單 光也要趕路 它不是瞬間傳送 得花時間從遙遠地方 一路跑到我們眼前 如果我們先做個常用假設 宇宙在大尺度上各向同性 也就是你站在哪兒 朝哪兒看 宇宙整體都差不多 那圍繞地球就會出現一個球形的可視範圍 這就是我們能看見宇宙的那一圈邊界 這圈邊界就叫觀測世界 也常被說成光學邊界 它劃出了從大爆炸以來 哪些地方發出的光哪些信息 理論上 來得及抵達我們這裏 很多人一聽宇宙年齡大約138億年 直覺就會說 那我們應該能看到138億光年之外啊 對不對 可惜這就是一個很經典很容易中招的誤會 聽起來對 其實不對 關鍵點在這裏 宇宙不是一張固定不動的背景布 它從誕生起就一直在膨脹 空間本身在被拉伸被撐大 正因爲空間一路被拉長 光走過的路會被事後拉得更長 所以觀測世界並不是138億光年 而是大約463億光年 這就是宇宙尺度最反直覺的地方之一 而更刺激的還在後頭 在這道邊界之外 可能還有更遼闊的宇宙結構 只是對我們來說 幾乎永遠都像地圖外的黑海 充滿未知 換句話說 我們今天看到的最遙遠光芒 在它剛出發那一刻 發光源當時離我們可能只有4000萬光年的當時距離 但到今天 它們已經被宇宙膨脹拉到了460億光年之外 這意味着我們不可能實時知道那邊正在發生什麼 一切都只能靠已經抵達的古老光信號來拼圖 在談到可觀測宇宙之外 科學家很多時候只能用理論和模型去推斷 那裏可能有什麼 分佈大概怎樣 你可能會覺得有點泄氣 原來我們永遠看不完 但反過來想 能把邊界算出來 能知道自己看到了多少 這本身就是人類智慧非常了不起的一步 因爲只要把時鐘撥回100年前 你會驚訝地發現 當時的頂尖科學家對宇宙的想象 和今天幾乎是兩個世界 在那個年代 連愛因斯坦這樣的大物理學家都一度傾向認爲 宇宙整體應該是靜態的 永恆的 像一座不動的舞臺 而且更誇張的還在後面 當時的主流想法還不止這一條 當時不少人甚至認爲 銀河系就是宇宙的全部 我們看到的那些霧霧的東西 也許只是銀河系內部的氣體雲 後來事實證明 宇宙的真實面貌 哈勃時代前人們的想象完全不一樣 大到離譜 到了1920年代 埃德溫·哈勃 盯上了夜空裏那些神祕的螺旋星雲 看起來像一團團旋轉的霧 在當時 人們把它們當成銀河系裏的奇怪光斑 只是一些遙遠、模糊 說不清是什麼的亮點 但哈勃越看越不對勁 他在觀測裏 抓到了關鍵證據 足以直接掀翻舊宇宙觀 點燃一場天文學革命 他在這些星雲裏找到了造負變星 這類恆星像宇宙裏的標準燈泡 它們的變化規律能幫我們推算距離 亮度信息就像一把尺子 於是哈勃一算距離 當場震住 這些螺旋星雲遠到離譜 根本不可能待在銀河系裏 它們應該是銀河系之外的獨立系統 接下來發生的事 你現在在任何天文史裏都能看到 那一刻 宇宙的門被人類推開了 原來那些星雲其實是一座座獨立的星系島嶼 幾乎一夜之間 人類意識到宇宙不是大一點 而是大到把舊地圖直接撕碎 更離譜的是 哈勃還發現 別的星系普遍在遠離我們 而且離得越遠 遠離得越快 這就是後來著名的哈勃關係 但要注意 這看起來像星系在飛走 其實故事沒那麼簡單 更準確地說 是空間本身在變大 就像麪糰發酵膨脹 葡萄乾之間的距離被拉開 葡萄乾不一定自己在爬 這一點直接指向宇宙膨脹 既然一直在變大 那就意味着過去一定更小 更密 更熱 於是大爆炸理論的地基就這麼被壘起來了 那麼問題來了 在這麼大的宇宙裏 到底裝着多少個星系 哈勃的證據一擺出來 舊觀念就像紙牌屋一樣 嘩啦一聲塌掉 宇宙觀被徹底重寫 從那以後大家才明白 銀河系只是其中之一 我們更像在一幅巨大的看不到邊的拼圖裏 連一粒灰塵都算不上的小小碎片 可即便把範圍限定在可觀測宇宙 星系到底有多少 這個數字也一樣讓人頭疼 說出來你可能不信 直到1990年代 天文學家對這個問題也還只有一個大概範圍 談不上精確 原因很現實 早期統計基本靠那些亮好找的星系 而更多小的暗的邊緣的星系 就像夜裏不開燈的人 直接被我們漏掉了 於是 哈勃太空望遠鏡在1995年做了一個大膽決定 把鏡頭對準更深的宇宙 想把這層黑暗面紗掀開一點點 他幹了一件近乎賭徒式的事 連續10天盯着天空裏 一個看起來空無一物的小黑點 結果卻拍出了前所未見的細節 宇宙的祕密從那裏冒出來 這就是著名的哈勃深空場 由342張圖像疊加而成 硬生生挖出3000多個清晰星系 最遠的距離據說可達120億光年 更關鍵的是 這張照片不止漂亮 他還告訴我們 星系的類型多到超乎想象 而且宇宙的星系密度可能比我們原先估計的高得多 尤其在早期宇宙裏更明顯 即便如此 大家也開始意識到 我們肯定還在低估 可觀測宇宙裏的星系數量 多半遠超當時的舊數字 後來2004年的超深空場 2012年的極深空場繼續加碼 把我們對深空的認識又往前推了一大步 這真不是誇張 在更深的曝光裏 星系數量明顯更多 而且有些光來自130億光年以外 幾乎是宇宙同年的回升 更重要的是 這些深空場給了天文學家一個辦法 用小樣本 去估算整個可觀測宇宙的星系總量 做法很像統計學 先算出這片小區域裏每平方度有多少星系 再把這個密度推廣到整片天空 得到一個全局估算 於是很長一段時間裏 大家普遍把星系總數估在1000億到2000億之間 聽起來已經夠嚇人了 可現在我們知道 這個數字其實還差得遠 就像只數到了大城市 卻漏掉了無數小村鎮 於是問題就變成了 一個隱藏的世界 浮出水面 我們爲什麼會漏掉將近90%的星系 2016年 諾丁漢大學的克里斯托弗·康索利斯帶隊又做了一次更系統的星系普查 目標就是把漏網之魚揪出來 他們在大天文臺起源深空巡天 這類項目框架下 把哈勃深空場的數據拿來再炸一遍 並和其他望遠鏡影像合併 儘量把信息拼得更完整 最後 他們把可觀測宇宙裏的一小塊區域 做成了一個三維模型 像做3D地圖一樣 進而建立了一個更新更全的星系目錄 這個3D模型不只告訴你星系在哪裏 還通過距離與觀測信息 間接給出它們大概屬於哪個時代 等於把空間分佈和時間線串起來 接着他們用數學模型去算 在不同宇宙年代裏 星系平均密度應該是多少 然後反推出 我們到底漏掉了多少 看不見的星系 普查結果很明確 宇宙裏的星系塞得有多滿 比我們以前想象的密得多 不是一點點 是一大截 所以歸根結底至少2萬億個星系約10倍差距 這不是修修補補 而是一次規模級別的改寫 面對這個結果 康索利斯感嘆得很 直白 宇宙裏超過90%的星系 我們還沒真正探索到 這事本身就離譜到讓人不敢相信 那你想想 等未來更強的望遠鏡把這些星系照亮 我們會不會發現全新的結構全新的演化故事 甚至一些從沒見過的宇宙生態 當然 最關鍵的問題還是 爲什麼我們會漏掉90% 說白了 答案其實很樸素 很現實 推斷下來 大部分被忽略的傢伙要麼太小要麼太老要麼太暗 暗到像在黑夜裏關燈站着 你用再好的鏡頭也很難把他們從背景裏分離出來 所以這些古老星系很可能就是矮星系那一類 像圍着銀河系轉的衛星星系一樣 小而暗 卻數量巨大 長期以來天文學界普遍認爲 早期宇宙星系多而小 數量可能更多 但單體規模更迷你 隨着時間推進 小星系彼此併合 吞併 慢慢平成大星系 於是 個數密度就會整體下降 因爲很多小個體被合成了更大的整體 至少在傳統理論裏 宇宙劇本一直是這麼寫的 不過別忘了 這類研究一發表 大家最關心的就是下一步怎麼驗證 而他提到的下一代望遠鏡 其實早就已經在路上了 尤其是詹姆斯韋伯望遠鏡 正在把視線伸到更遠 更早的宇宙深處 而他不斷丟出來的新結果 也在提醒我們 不少以前很自信的假設 可能得重新改寫 比如我們剛說的那條早期星系應該更小 可韋伯望遠鏡的觀測正在顯示 事情沒那麼簡單 甚至可能相反 韋伯已經看到一些星系 在大爆炸後才過了幾億年 它們的質量規模卻接近今天的銀河系 這就像你剛蓋好地基 摩天大樓卻已經封頂了 問題是按傳統模型推算 當時可用的普通物質 結構增長速度 都很難解釋它們怎麼能長到這麼大 邏輯上卡住了 所以最後就留下一個超級硬核的大問號 它們到底怎麼在宇宙幼年期就狂飆式成長 這個謎恐怕會讓天文學家在未來很長一段時間裏持續追着跑 反覆推翻再重建 謝謝您的觀看