如果把银河系揉成一团,它的面积相当于几个月球?
昨晚我在阳台收衣服的时候,抬头看了一眼天空,月亮很亮,亮得有点霸道,我脑子里突然冒出一个无聊但又挥之不去的问题:银河系那么大,如果把它所有东西捏扁了铺开,能铺满多少个月球表面?
我知道这个问题听起来有点傻,但你不觉得这种对比本身就很有意思吗?一个是挂在眼前、伸手仿佛能够到的石球,另一个是我们永远走不出去的星系,把这两个东西放在一起比大小,答案可能会让你我都有点发懵。
先把数据摆出来,别怕,都是小学算术
做这种对比,第一件事不是忙着算,而是搞清楚我们到底在比什么,你看,拿银河系的体积去比月球表面积,这根本比不了,一个是立体的,一个是平面的,所以我得换一个方式——把银河系里所有恒星的质量换算成面积,不是把恒星碾碎,而是想象把它们的"身体"一个接一个地平铺开来,像摊煎饼那样。
银河系有多少恒星?天文学家给的数字一直在浮动,目前比较公认的范围是1000亿到4000亿颗,取个中间值吧,2000亿颗,这已经是一个大到让人失去感觉的数字了。
太阳算是一颗中等个头的恒星,直径大约139万公里,把太阳切成一个圆面,它的横截面积是:
π × (69.5万公里)² ≈ 1.52 × 10¹² 平方公里
也就是1.52万亿平方公里,看着很大对吧?先记住它。
如果把银河系所有恒星都当成太阳这么大的个头(实际上很多红矮星更小,巨星更大,平均下来差不多),2000亿颗太阳平铺开来的总面积就是:
2000亿 × 1.52 × 10¹² 平方公里 ≈ 3.04 × 10²⁴ 平方公里
这个数字长什么样?304后面跟22个零,我已经没法在脑子里把它画出来了。
月球来当度量尺
月球比太阳小得多,直径3474公里,它的表面积是:
4π × (1737公里)² ≈ 3790万平方公里
三千七百九十万,这个数字还算亲切,大概比非洲大陆大那么一点点。
现在问题变成了一个纯粹的除法:银河系恒星的总平铺面积,除以月球表面积。
04 × 10²⁴ ÷ 3.79 × 10⁷ ≈ 8.02 × 10¹⁶
也就是80200000000000000个月球,八万零两百万亿个。
什么概念呢?我不禁手痒做了个表格
我知道光给数字没用,这种天文数字说出来跟没说一样,但如果我们一层层地缩小比例,也许能找到一点感觉。
| 对比对象 | 需要多少个才能铺满银河系恒星的平铺面积 | 你大概的感知 |
| 月球表面积 | 约80,200万亿个 | 完全无感 |
| 地球表面积 | 约59,600万亿个 | 还是无感 |
| 太阳表面积 | 约2000亿个 | 诶,开始有点眉目了 |
| 月球表面积 | 约80,200万亿个 | 这就是我们刚才算出来的 |
注意看第三行——银河系恒星平铺的总面积,差不多正好相当于2000亿个太阳的横截面,这个数字刚好又绕回了银河系的恒星数量本身,这个巧合不是设计出来的,而是因为我们的太阳刚好就是银河系恒星的平均个头,取平均直径算平铺面积的时候,系数正好自己消掉了。
这意味着什么呢?银河系恒星的横截面总和平铺开来,差不多就是用一个银河系自己的恒星数量来度量的太阳圆面。逻辑上很通顺,情感上仍然很难接住。
一张图,假装看懂了
左侧是月球高清照片占据画面一角,右侧是银河系旋涡星系的示意图,二者之间用虚线连接,虚线旁边标注"约80万亿亿个月球表面积",图片下方小字注明:本画面仅为示意,实际比例无法在视觉上呈现。)
我盯着这张图看了好一会儿,意识到这里面真正让我失语的,不是银河系太大,而是月球成了一个几乎可以忽略的像素点——而它就挂在我窗外,每天晚上都能看见,那个我以为还算"挺大"的月球,在这种尺度里连小数点后几十位的零头都算不上。
我们换成体积再试一次
刚才用的是面积,说实话这已经算客气的了,银河系不止有恒星啊,它还有气体、尘埃、暗物质晕,还有那个巨大的中心棒和旋臂之间的广阔空间,如果我们不用恒星平铺面积,而是用整个银河系的实物体积去填月球,又会是什么结果?
银河系的直径大约10万光年,平均厚度按1000光年算,把它近似成一个扁圆柱体:
体积 ≈ π × (5万光年)² × 1000光年 ≈ 7.85 × 10¹² 立方光年
月球的体积呢?直径3474公里,大约是2 × 10¹⁰ 立方公里,把光年换算成公里(1光年≈9.46万亿公里),银河系体积换算后大约6 × 10⁶¹ 立方公里。
然后相除。
6 × 10⁶¹ ÷ 2.2 × 10¹⁰ ≈ 3 × 10⁵¹ 个月球
3后面51个零,这已经不是"万亿"这个级别的词能对付的了,我查了一下,《天体物理学杂志》上有一篇经典论文(Carroll & Ostlie, An Introduction to Modern Astrophysics)专门讲过星系尺度的数量级问题,里面用的比喻是:如果把银河系缩小到一个乒乓球大小,那月球在这个模型里大概是一个质子的千分之一。
第二张图:银河系的真实样貌
一张模拟银河系俯视结构图,标注了太阳的位置——在一条旋臂内侧,距离银心约2.6万光年,图中用极小的一个黄点标出太阳,旁边附注:此处所有行星、小行星带和柯伊伯带加起来都装不满这个点的十分之一。)
我每次看这种标注太阳位置的银河系图片,都会有一瞬间的恍惚,我们在课本上学的是"太阳系八大行星",听起来已经有了不起的疆域,但放到银河系里,太阳只是2000亿分之一,而太阳系所有的行星、卫星加上小行星带所有碎片,质量加起来不到太阳的0.2%。
换句话说,如果把银河系比作一个北京城,太阳系就是一块砖头,而月球只是砖头上的一粒灰。
这粒灰,是我们人类至今唯一踏足过的外星土地。
这些数字本身并不重要
说实话,算出80万亿亿也好,3×10⁵¹也好,对我今晚的生活没有任何影响,待会儿我还是得去给阳台上的薄荷浇水,水壶漏了,洒了一地,月亮还是在那个位置,大小摸样都没变。
但我蹲下来擦地的时候,脑子里一直转着那个场景:阿波罗11号的宇航员站在月球表面,抬头应该能看见满天星辰,他们背后的漆黑太空里,银河系就横在那里,安安静静,他们脚下的这颗灰色石球,在我们今天这个计算里,被银河系淹没了无数次方。
而他们站在上面的时候,想的是什么呢?阿姆斯特朗说的是"一小步",这句话刚好说反了——跟银河系比起来,那不是一小步,那是小到了几乎没有发生过的一步,但这一步,是我们这个物种第一次把一个"可以度量宇宙的公式"塞进了自己的脑袋里。
薄荷浇好了,月亮还在,我关上门,银河系继续自顾自地转它的。
