银河系里到底藏着多少个星系？我翻了一晚上书才搞明白

昨天晚上我在阳台上看星星，邻居老张探头问了一句：“你说咱们这个银河系，到底有几个星系？” 我差点脱口而出“一个呗”，结果话到嘴边又咽回去了——我意识到自己根本没把问题听清楚，他想问的其实不是这个，他是想问：像银河系这样的庞然大物，在它的引力范围之内，到底还圈养着多少个小小的“跟班星系”？

这个问题把我拽进了兔子洞，我翻了好几本天文学教材，又查了一堆论文，发现答案远不止一个数字那么简单，它有点像问“北京市有几个区”——你首先得定义什么是区，老城区算，新合并进来的远郊区算不算？天文学家在数星系的时候面临的困境,比这个要纠结一百倍。

一个看起来简单、实际把人绕晕的问题

我们先把事情掰开来看，你朋友问你“银河系内有多少个星系”，这句话本身就要打回去重新组织一下，因为银河系本身就是一个星系，它内部不可能再装下另一个完整的银河系，真正的问题是：在以银河系为中心的引力系统里，有多少个较小的卫星星系在围绕着它转？

这个系统在专业上叫“银河系次群”，银河系是其中的老大，质量占绝对优势，周围有一群小星系像卫星一样被它引力束缚着，跑也跑不掉,这些小东西就是我们今天要数的对象。

你可能会想，这还不简单，拿望远镜对着天空数就完了，但问题出在“什么叫卫星星系”这个定义上，星系和星团之间的界限，比你以为的要模糊得多，有些天体，你说是特别大的球状星团也行，说是特别小的矮星系也行,天文学家自己都能吵起来。

矮星系、超暗矮星系，还有那些赖在边界上的家伙

我先给你讲个故事，2005年，斯隆数字巡天项目（SDSS）的数据里，天文学家在猎犬座方向发现了一个极其暗淡的小天体，后来被命名为“猎犬座矮星系”，它的总光度只有太阳的几十万倍，比很多单个的红超巨星都暗，你想想，一个星系，居然没有一颗恒星亮，这事儿听着就离谱，但人家确确实实有自己的暗物质晕，有独立的恒星演化历史，所以它是个星系,不是星团。

问题就从这里开始了，随着探测技术越来越好，天文学家在银河系周围陆陆续续挖出了几十个这种超暗矮星系，它们暗淡到什么程度？有些每平方角秒的亮度比地球夜空的辉光还要低，你得用特殊的算法把前景恒星一颗颗抠掉，才能在残留的朦胧光斑里认出它们，每次大型巡天项目更新数据,这个数字就往上涨一截。

那么目前公认的、有比较可靠数据支撑的数字是多少？我给大家整理了一张表，数据主要参考了2015年到2023年之间的几轮大巡天结果（尤其是DES和Pan-STARRS的贡献）：

卫星星系类别	已确认数量	代表天体	备注
大麦哲伦云	1	大麦哲伦云（LMC）	质量约为银河系的十分之一，肉眼可见
小麦哲伦云	1	小麦哲伦云（SMC）	正在被银河系潮汐力撕扯
经典矮球状星系	约12	天炉座、玉夫座、狮子座I等	光度较高，发现时间较早
超暗矮星系	约50以上	赛吉尔、牧夫座II、后发座矮星系等	数量仍在增长中
合计（当前确认）	约60-70	包含部分尚存争议的天体

你看这个表格就觉得不对劲了，“超暗矮星系”那一栏写了“约50以上”，而且我压根不敢给一个确切的数字，不是我不严谨，是这件事本质上就在变动，今天确认了60个，明年可能就跳到80个，天文学就是这样，答案常常不是“多少”，而是“到目前为止我们看到多少”。

理论预测说我们应该看到好几百个

这里有一个很让人头疼的谜团，叫“卫星星系缺失问题”，听起来很学术，但意思其实挺直白：按照冷暗物质模型的宇宙学模拟，像银河系这么大的暗物质晕，周围应该存在几百个卫星星系才对，模拟程序跑出来，大大小小的暗物质团块围绕在主晕周围，数量轻松破两百,可我们实际观测到的只有六七十个。

那剩下的一百多个去哪了？

目前的主流解释有好几条线索，第一条，它们其实存在，只是太暗了，我们现在的望远镜还看不到，这个推测相当合理，因为每次巡天技术进步一点，我们确实就多发现几个，第二条，有些暗物质子晕可能因为某些原因没能形成恒星，或者只形成了极少量的恒星，变成了所谓的“黑暗星系”——只有暗物质，几乎没有可见的星星，这种天体完全超出光学望远镜的能力范围,只能通过引力效应间接推测。

第三条线索更有意思，银河系本身不是省油的灯，它强大的潮汐力会把靠近的小星系撕碎，恒星被拉成一条长长的星流，绕在银河系外围，人马座矮椭圆星系现在就正在经历这个过程，它已经快被扯散了，再过几十亿年，它就不再是一个独立的星系，而会变成银河系厚盘和星流的一部分，也就是说，我们能看到的卫星星系是幸存者，很多姐妹已经被银河系吃掉或者正在被吃掉。

下图展示的是银河系周围已知卫星星系的空间分布情况，每个小点代表一个矮星系,银河系盘面在中央：

从这张分布图可以明显看出来，大部分卫星星系并不均匀地散布在银河系四周，而是集中分布在两个区域：一个沿着大、小麦哲伦云的方向，另一个则聚集在银河系盘面的垂直方向上，大麦哲伦云本身可能就带了自己的一群小跟班过来——也就是说，有些卫星星系不是银河系“亲生的”，而是被大麦哲伦云这个“养母”一起拖进银河系引力范围的，这个事情在2020年前后的一组研究里被讨论得很热,直接导致部分卫星星系的归属关系需要重新梳理。

麦哲伦云：两个特殊的“大块头”

在所有卫星星系里，大、小麦哲伦云是绝对绕不开的话题，它们是银河系卫星星系里的巨无霸，尤其是大麦哲伦云，质量可能达到银河系的十分之一到五分之一，这个比例放在卫星星系里简直是犯规级别的存在，大部分矮星系的质量只有银河系的百万分之一甚至更少，大麦哲伦云一来,直接把整条分布曲线拉歪了。

而且大麦哲伦云不是单独来的，2020年发表在《天体物理学报》上的一篇论文（引用自Patel等人的工作）指出，大麦哲伦云很可能在几十亿年前还是一个小型旋涡星系，有自己的卫星系统，当它被银河系俘获时，它随身携带的小卫星也跟着一起进入了银河系次群，我们今天观测到的好几个超暗矮星系，它们的运动方向和速度高度一致，全都指向“跟着大麦哲伦云一起来的”这个解释，换句话说，银河系的卫星星系里，有一部分其实是“孙女辈”的。

边界问题：到底多远才算“银河系范围内”？

数数这件事还有一层纠结，一个天体离银河系中心多远，我们才不把它算作独立的“邻居”而算作“卫星”？这个问题目前没有绝对的硬标准，但有一个很实用的物理判据：这个天体是否被银河系的引力束缚？

天文学家通过测量这些矮星系相对于银河系中心的速度和距离，可以算出来它们的轨道能量，如果轨道能量是负的，说明它跑不掉，被银河系的引力锁住了——那就是卫星星系，如果轨道能量是正的，它只是恰好路过，将来会飞走，按照这个标准，大约在120万光年以内的天体大多数是受束缚的，而在120万光年之外的，比如著名的三角座星系，它距离银河系超过250万光年，就不属于银河系次群了，而是和银河系、仙女座星系共同属于更大的“本星系群”。

下图展示的就是整个本星系群的构造,银河系只是其中的两个主要子群之一：

从这张图里你可以很直观地感受到，银河系次群在本星系群里其实只是半边天，仙女座星系那个子群比我们这边还热闹，卫星星系数量可能更多,但那是另一个话题了。

那如果我非想要一个数呢？

跟邻居老张聊天的时候，你可不能把上面这一大串全倒出来，他可能只想听到一个干脆的回答，那我就这么说：到目前为止，天文学家已经确认的银河系卫星星系，加上大、小麦哲伦云，总数大约在60到70个之间，按照理论预测，这个数字最终可能会超过200，只是其中很多我们现在还看不见而已。

但这个回答本身得带着一个“保质期”，詹姆斯·韦布空间望远镜和即将在智利落成的维拉·鲁宾天文台（LSST）都在不断推进探测极限，鲁宾天文台一旦全面运转，每隔几天就把整个南天球扫一遍，累积的深度叠加图像预计能把卫星星系的探测数量直接拉到150甚至更高，到那时候，“银河系有多少个卫星星系”这个问题的答案,可能又得重新写一遍。

这事儿特别有意思的地方在于，它不是一个死记硬背的知识点，它是一扇小窗户，透过它你能看到天文学家是怎么工作的：一边拿望远镜拼命找，一边在电脑上跑模拟，然后两边一对比，发现对不上，于是继续找、继续调整模型的参数，这种“发现—矛盾—再发现”的循环,就是科学最迷人的样子。

下次如果有人再问你这个问题，你不用背数字，你只需要告诉他：麦哲伦云是肯定跑不掉的两个，另外还有几十个小不点刚被发现没多少年，更多的还在暗处等着我们去看清，这个说法既诚实，又准确，还能顺便让对方感受到,银河系的边缘至今还笼罩在一片朦胧的未知里。