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那天有人问我,银河系气体多少钱一台?

说实话,我听到这个问题的时候正在吃早饭,差点把豆浆喷出来。“一台”——这个量词用得实在太好笑了,仿佛银河系气体是某种能搬回家的家电,带着说明书和保修卡,插上电就能用,但笑完之后我突然意识到,这问题里头藏着一个正经的物理事实:银河系里确实飘着大量的气体,而这些气体,某种意义上,正在被我们“使用”着。

所以如果你真想知道银河系气体“多少钱”,我们得先搞清楚它到底是什么东西、有多少、怎么计价,这事儿其实比想象中有意思得多。

那天有人问我,银河系气体多少钱一台?

先别急,气体不是你想的那种气体

我们平时说的气体,什么煤气、天然气,主要成分是甲烷之类的东西,银河系里的气体,成分可就野多了,天文学家管它叫星际介质(ISM,Interstellar Medium),里头大概有这么几样东西:

  • ——占了大头,大约70%的质量,主要是中性氢原子和氢分子
  • ——大概占28%,这个跟宇宙大爆炸的遗产有关
  • 重元素——碳、氧、氮、铁这些,天文学上统称“金属”,占不到2%
  • 还有极少量的尘埃颗粒,硅酸盐、石墨之类的微小固体

这些气体散布在恒星之间的巨大空间里,密度低到离谱——每立方厘米平均只有一个原子左右,地球上最好的实验室真空都比它稠密几百亿倍,所以你没办法“挖一块”带走,更不存在“一台”这种包装方式,但如果我们硬要算经济账,这事儿就得换个思路。

按质量计价?那总价能吓死人

银河系里星际气体的总质量,目前的观测估算大概是50亿到100亿倍太阳质量,取个中间值,大约70亿个太阳质量,换算成千克的话,一个太阳质量是地球的33万倍,地球质量是6×10^24公斤,也就是说——这个数字大到我得喘口气才能写下去——大约是4×10^37公斤

现在假设我们按地球上最便宜的商品氢气的价格来算,工业级液氢大概每公斤30元人民币左右(这是极其粗糙的类比,因为星际氢的形态完全不同),那么总价就是:

项目 数值
星际气体总质量 约1.4×10^37公斤
参考单价(按工业液氢) 约30元/公斤
理论总价 约4.2×10^38元

这个数字什么概念?地球上所有的钱加起来,大概只有这个数的几千万亿分之一,你拿全人类的GDP去买,干几万亿年也买不起一勺,所以按质量算,银河系气体是绝对的非卖品,属于那种“价格存在但毫无意义”的东西。

但如果按“使用价值”来算呢?

这里就是我觉得最妙的地方,我们用费曼的思路想——别管虚无缥缈的总价,看看这东西到底能用来干什么。

星际气体最主要的一条用途,说出来你可能不信:我们的身体就是用这玩意儿做的。碳、氧、氮、铁,这些组成你我的元素,几乎全部来自于前代恒星内部的核聚变,恒星死后把这些重元素抛洒进星际空间,成为下一代恒星和行星的原材料,你左手的碳原子,很可能曾经飘在猎户座星云的某个角落。

如果从这个角度倒推,地球上所有生命体的“原材料成本”,溯源回去就是银河系里的重元素气体,那这价值就没法算了——你本人就是银河系气体的一个临时组合体,你怎么给自己标价?

还有一种更实际的用法,星际氢是制造火箭燃料的潜在来源,科幻作品里常提到“巴纳德星云”“氢采集船”之类的概念,道理是对的:如果你在太空中航行,不需要从地球带全部燃料,路上“捞”点星际氢就能补充,1960年,物理学家巴萨德就提出过这个设想,后来的文献里叫巴萨德冲压发动机,这样一来,星际气体就成了太空航行中的“免费加油站”。

那天有人问我,银河系气体多少钱一台?

那“一台”到底是什么意思?

回到最初的问题。“一台”这个量词,其实暴露了我们大脑的本能——总想把无穷无尽的东西装进一个能理解的盒子里,如果非要给“一台”一个定义,可能是这样的:

假设有一种技术能把一立方光年的星际气体压缩成一个标准集装箱大小(这纯粹是脑洞),那么这一个箱子里的氢原子数量大约是10^53个量级,质量大概有几十亿吨,按液氢价格,这一箱大概值几千亿到上万亿人民币,这个数字虽然大,但至少是人类经济规模能摸到的边。

可问题是,即便你真搞出了这种压缩技术,运输成本呢?你飞到采集点消耗的能量,恐怕比这一箱氢值钱多了,这就好比你在撒哈拉沙漠里挖一勺沙子,成本全在路费上,沙子本身是免费的,银河系气体的真正“价格”根本不在它本身,而在于获取它的难度

一些真实的观测数据

天文学家确实在认真观测这些气体,比如阿雷西博天文台和现在的FAST天眼,都做过中性氢巡天,画出银河系旋臂的气体分布图。《天体物理学报》上有大量相关论文——Dame等人在2001年发表的那篇银河系CO巡天,至今还是经典参考文献,这些观测告诉我们,银河系气体并非均匀分布,而是集中在旋臂、巨分子云和弥漫的电离氢区里,离我们最近的一个大型气体结构,是本星际云,我们的太阳系正在穿行其中,厚度大约30光年。

所以你看,银河系气体这事儿,真要问“多少钱”,答案取决于你站在哪个角度,站在菜市场的角度,它一文不值,因为没法称没法装,站在宇宙的角度,它是一切生命的基础原料,价值无限,站在科幻迷的角度,它可能是未来星际文明的战略资源,而站在天文学家的角度——它就是一组组数据,等着人类去测量、去理解。

下次有人再问你“银河系气体多少钱一台”,你可以把豆浆放下,慢慢告诉他:“按公斤算的话,地球上所有的钱加一起买不起它的零头,但按使用价值算的话,你现在呼吸的每一口空气里,都有它的遗产。”

然后继续吃你的早饭,窗外那颗恒星——太阳——还在不急不慢地烧着几亿年前聚拢来的星际气体,免费照明到今天。

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