如果把银河系拍成一张全景图，这张照片到底有多大？

前几天整理硬盘,翻到去年拍的星空照片，一张RAW格式的银河局部就有40多MB，我突然好奇起来：如果有一台超级相机，能把整个银河系完整拍下来，这张全景图到底需要多大的内存才装得下？

这个问题比我想象中有意思得多,咱们可以像拼乐高一样，一块一块算出来。

先搞清楚银河系里到底有多少“像素点”

银河系里大约有1000亿到4000亿颗恒星，天文学家通常取中间值，按2000亿颗来估算，每颗恒星就是这张全景图上的一个发光点，也就是一个“像素”。

但光有恒星还不够,恒星之间的气体云、尘埃带、暗星云、行星，还有那些不发光但真实存在的暗物质晕……这些“背景细节”也得算进去，如果把银河系切成边长1亿公里的立方体小格子（听起来很大，但在银河尺度里简直微不足道），整个银河系盘面直径约10万光年，厚度约1000光年，粗略算下来需要大约10⁶²个这样的格子才能把整个银河系包住。

这个数字太大,念出来是“一百万亿亿亿亿亿亿亿”，咱们暂时记住它。

给每个像素配上颜色和亮度

普通手机照片里,一个像素占3个字节（红绿蓝各一个通道），但这张银河全景图不能这么糊弄——你得知道每颗恒星的光谱类型、亮度等级、距离信息，甚至旁边有没有行星，天文学里记录一颗恒星的基本参数至少需要：

位置坐标（三维）	3个双精度浮点数，24字节
光谱类型	至少2字节
视星等与绝对星等	8字节
径向速度	4字节
行星数量标记	1字节

一颗恒星大约40字节算是很节省的记录了，2000亿颗恒星，光这一项就要8TB左右，听起来还能接受，一块移动硬盘的事儿——但这只是恒星，还没算那些10⁶²个空间格子里记录的星际介质密度、温度、磁场强度、暗物质分布概率。

如果每个格子只存1个字节（极端压缩），整张“空间网格图”需要10⁶²字节，这个数字是什么概念呢？地球上所有存储设备加起来，大概在10²⁰字节这个数量级，差了40多个数量级，别说硬盘，就是把全宇宙的原子都做成存储单元，也远远不够。

换个思路，按分辨率来算

如果把银河系当成一张巨幅海报,想打印出来看清楚每一颗恒星，需要多大分辨率？

银河系直径约1×10¹⁸公里，如果想分辨出太阳这样的恒星（直径139万公里），每条直径线上至少需要7×10¹¹个像素，整张圆形图片的像素数是π乘以半径平方，大约是4×10²³个像素，每个像素用3字节普通色彩记录，总数据量约2×10²⁴字节，也就是2万亿TB。

这个数字总算落到了可以用前缀描述的范围——它是“尧字节”级别，比目前全球数据中心总存储量还大几千倍，但至少不用搬出那些念不出来的天文数字了。

盖亚卫星已经拍了“局部照”

欧洲空间局的盖亚号探测器这些年就在干这件事——给银河系恒星做高精度定位，它的最终星表包含了约18亿颗恒星的位置和亮度数据，总数据量大约5TB，这还只是银河系恒星总数的不到百分之一，而且只记录了最基本的信息。

如果你问银河系全景图有多大内存,答案取决于你到底想要多“全”：

• 纪念照级别：只记录2000亿颗恒星的位置和亮度，大概8到20TB，一块大容量硬盘能装下。
• 科研级完整图：加上所有星际介质、磁场、暗物质分布，理论上的数据量会突破10⁶²字节，这个数字大到已经没有存储设备可以承载了。
• 最高分辨率位图：按能看到每颗恒星的标准打印，大约需要1.2万亿TB。

对我来说最震撼的不是这些数字有多大,而是咱们人类连一张“完整的银河系照片”都存不下来，却能用数学和物理把它的结构推演得清清楚楚，那张存在于硬盘里的盖亚星图，虽然只有可怜巴巴的1.5TB，但它已经是人类目前最接近“银河系全景”的东西了。

想起来,那张引发我好奇的40MB星空RAW文件还躺在硬盘里，它的像素只有2400万——连银河系里一粒沙子都算不上，但每次处理它的时候，我还是会忍不住把那些密密麻麻的星点放大到最大限度，一个像素一个像素地看过去。