银河系是3分白7分黑，这个数字藏着什么秘密？

上周带着孩子去郊区看星星,远离城市灯光之后，那条横跨天际的银色光带确实震撼，孩子问我银河为什么有的地方亮有的地方暗，我当时随口说了句“亮的是星星多，暗的是星星少呗”，后来一查资料才发现，事情远比我想的有意思——银河系亮的部分和暗的部分，差不多刚好是3分白、7分黑的比例。

你可能会觉得这个说法挺奇怪,银河系不是由恒星组成的吗？恒星本身会发光，怎么还整出个“黑”来？

3分白：我们能看见的只是冰山一角

所谓“3分白”，指的是银河系里那些发光的东西——恒星、发光的星云、星系中心那个亮到离谱的核球，银河系里大概有1000亿到4000亿颗恒星，乍一听多到吓人，但把它们全塞进银河系这个直径约10万光年的大盘子里，其实稀疏得可怜，离太阳最近的恒星比邻星，距离我们也有4.2光年，如果把银河系缩小成地球那么大，恒星之间的平均距离就跟两个乒乓球隔着几百公里似的。

这些发光物质加在一起的质量,只占银河系总质量的一小部分，天文学家估算，普通物质（包括恒星、行星、气体尘埃）总共只占银河系总质量的大约15%，能发光的恒星部分，那就更少了。

7分黑：看不见的才是主角

那“7分黑”到底是什么？主要分两块，缺一不可。

第一大块：暗物质，真正的幕后大佬

这个概念听上去玄乎,但它是实打实被天文观测逼出来的，上世纪70年代，天文学家薇拉·鲁宾观测星系旋转曲线时发现，星系外围恒星绕转的速度太快了，按说应该被甩出去才对，唯一的解释就是，星系外围还有大量看不见的质量在提供额外引力。

这就是暗物质,它完全不发光，也不吸收光，不和普通物质发生电磁作用，你摸不着它也看不见它，但它有质量，会产生引力，目前的数据表明，暗物质占了银河系总质量的大约85%，换句话说，银河系里真正的主角是暗物质，我们能看见的那些璀璨星光，不过是漂浮在暗物质海洋里的一点亮片。

银河系的暗物质晕是一个巨大的球形结构,直径可能超过100万光年，远远超出了恒星盘面的范围，我们身处的这个闪闪发光的旋臂结构，只是被包裹其中的一小部分。

第二大块：星际尘埃，遮光帘一样的存在

就算只看普通物质那15%的份额，里面也有相当一部分是不发光的，银河系盘面上分布着大量星际尘埃和气体，它们就像一层层遮光帘，把背后的星光挡住了，你看到的银河光带中间那道显眼的“裂缝”，其实不是那里没星星，而是尘埃云把更远处的星光给遮蔽了。

这些尘埃颗粒极其微小,直径大概只有1微米左右，成分主要是碳、硅、铁之类的元素，它们虽然自身不发光，但在红外波段会重新辐射热量，天文学家正是通过红外望远镜来“穿透”这些尘埃，窥探银河系被遮住的部分。

下面这张表把“白”和“黑”的组成说得更清楚：

类别	占比（粗略估算）	成分	能不能看见
3分白	约15%中的小部分	恒星、发光星云	能
7分黑（暗物质）	约85%	暗物质晕	不能
7分黑（星际尘埃）	普通物质中的一部分	尘埃、气体云	遮挡光线

这个比例是怎么知道的？

暗物质的比例没法直接测量,但可以通过引力效应倒推，比较经典的方法有这么几种：

• 旋转曲线法：测量恒星和气体绕银河系中心旋转的速度，速度比可见物质能提供的引力高太多，反推出需要多少额外质量。
• 引力透镜效应：光线经过大质量天体附近会弯曲，弯曲程度暴露了总质量。
• 宇宙微波背景辐射：探测宇宙早期留下的辐射痕迹，从中推算出普通物质和暗物质的整体比例大约是1比5。

威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克卫星的数据都支持这个结论，放在银河系这个尺度上，普通物质约15%、暗物质约85%的比例，换算成“看得见和看不见”的直观感受，说成3分白7分黑是相当贴切的。

有意思的是,我们每天忙忙碌碌，看到的、摸到的、关心的，全在那“3分白”里，不仅如此，就算把这3分白的范围再放大，人类目前最强大的望远镜能探测到的全部电磁辐射对应的物质，也填不满宇宙总质能预算的二十分之一，剩下的全是暗物质和暗能量的地盘。

这么一想,晚上抬头看银河的时候，那条淡淡的光带确实挺珍贵的，它就像一道薄薄的亮边，贴在一个巨大而沉默的黑影边缘上，我们看见的那些星星啊星云啊，不过是冰山露出水面的一点尖角，水面之下还有整片沉默的山体。

前几天我又带孩子去看星星,这次我跟他说了3分白7分黑的事，他听完沉默了一会儿，然后说：“那黑的地方也不是空的，只是我们看不见而已。”我觉得他理解得比我透彻。