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是天上的星星多,还是地上的沙粒多?

魅力科学君 | 2023-07-29 08:14:52

天上的星星,和地上的沙粒,其数量都是非常庞大的,那它们中的哪个数量更多呢?要讨论这个问题,我们首先需要对“天上的星星”进行明确的定义,才能够具体比较到底是天上的星星多,还是地上的沙粒多。

当我们仰望星空的时候,天上的星星几乎全部都是距离我们若干光年外的恒星,由于恒星的视亮度会随着距离的增加而不断降低,因此我们所能看到的星星数量并没有想象中的那么多,根据科学家的估算,我们能够直接用肉眼观测到的恒星,绝大部分都在1000光年这个范围之内,其数量也就几千颗。


(资料图)

所以如果将天上的星星定义为我们肉眼可见的恒星,那地球上的沙粒就肯定要多得多,毫不夸张地讲,地球上随便一处沙滩所含的沙粒,其数量都远远地超过了我们肉眼可见的恒星。

另一方面来讲,如果我们将“天上的星星”定义为宇宙中所有的恒星,那肯定是天上的星星更多,原因很简单,根据目前我们对宇宙的认知,宇宙很可能是无限大的,而在无限大的宇宙中,就应该存在着无限多的恒星,地球上的沙粒数量就算再多,也终究是有限的,根本无法与之相比。

实际上,由于光速的限制,我们只能看到宇宙的一部分,这一部分也被称为“可观测宇宙”,那如果我们将“天上的星星”定义为“可观测宇宙”中所有的恒星呢?这就可以比较一下了。

观测数据表明,宇宙中的恒星绝大部分都不是孤独的,它们会聚集在一起,形成各式各样的星系,平均下来,每个星系的恒星数量大约为1000亿颗,所以我们只需要知道“可观测宇宙”有多少个星系,就可以估算出“可观测宇宙”中恒星数量。

“可观测宇宙”的直径高达930亿光年,以目前的观测能力,我们根本就无法仔细地去了解“可观测宇宙”中的每一处区域,但好消息是,从宏观的尺度上来看,“可观测宇宙”中的星系分布是均匀的,因此我们可以仔细观测天空中极小一部分区域中有多少个星系,就可以大致估算出“可观测宇宙”的星系数量。

2012年9月25日,NASA发布了“哈勃极端深场”(The Hubble eXtreme deep field,缩写为XDF),这是一张由哈勃望远镜拍摄的宇宙深处影像,其总曝光时间超过200万秒,该影像覆盖的区域不到满月直径的10分之1,仅占整个天空的3000万分之1,然而在这么小的区域中,就存在着大约5500个星系。

将5500乘以3000万再乘以1000亿(星系恒星数量的平均值),我们就可以计算出,“可观测宇宙”中恒星数量大约为165万亿亿颗(1.65 x 10^22颗)。不得不说,这是一个非常庞大的数字,那地上的沙粒数量又是多少呢?这也只能进行大致估算。

尽管地上的沙粒广泛分布于沙漠、海滩、河床等等不同的区域,但它们都有一个共同点,那就是它们只存在于地球的地壳之中,为了方便计算,我们不妨将地球上沙粒的总质量设为地壳质量的千分之1(这个比例差不了太多)。

已知地壳占地球质量的大约0.42%,地球质量约为5.965亿亿亿千克(5.965 x 10^24千克),据此可以计算出,地球上沙粒的总质量约为2505亿亿千克(2.505 x 10^19千克),再将这个数字除以沙粒的平均质量0.00015千克,我们就可以得到,地上的沙粒大约有1670万亿亿颗(1.67 x 10^23颗)。

可以看到,按照上述的计算,地上的沙粒数量就比“可观测宇宙”中的恒星数量高出了一个数量级,因此可以说,如果我们将“天上的星星”定义为“可观测宇宙”中所有的恒星,那么地上的沙粒就应该比天上的星星更多。

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