宇宙中有多少星系？答案是500万亿个，但大部分都失联了

宇宙中究竟藏着多少个星系？为什么科学家给出的答案会从一千亿一路飙升到几百万亿，而其中绝大部分又已经"失联"，永远无法被人类看见？

在网络上搜索这个问题，得到的答案五花八门，有说一千亿的，有说两千亿的，也有说两万亿的。那么到底哪个数字更接近真实情况呢？

要弄清星系的具体数量，一个个去数显然不现实。能想到的最简单也最直接的方法，就是通过随机抽样来估算：先对天空中某片区域拍一张照片，数一数里面有多少个星系，再根据这块天区占整个天球的比例，计算出总数。

这确实是个办法，天文学家也正是这么做的。

1995年，哈勃望远镜曾对北半球天空的一小块区域进行了长时间曝光的深度观测。那是一块面积不到满月百分之一的狭小区域，起初看起来空无一物，人们自然也没抱太大希望。

然而，当照片出来后，众人全都傻了眼——之前还空空如也的地方，竟然布满了密密麻麻的各种天体。这张照片便是著名的哈勃深空。

经过统计，照片中的星系多达三千个。据此初步估算，宇宙中的星系大约在八百亿个左右。

三年后，哈勃又在南天区拍了一张类似的照片。由于这次的曝光时间更长，这张哈勃南天深空捕捉到了更多的信息。

此后，估算出的星系数量增加到了一千二百五十亿。看来，只要增加曝光时间，找出更多星系应该不成问题。

于是，在2003到2004年间，哈勃先后花了七十多天，累计曝光二百八十个小时，最终生成了一张包含近万个星系的哈勃超深空。这张照片预示着宇宙中的星系总数可能超过了两千亿个。

此后，虽然不同模型得出的星系总数不尽相同，但结果都大差不差。这也正是宇宙星系总数一千到两千亿这一说法的来源。

要理解这些数字究竟意味着什么，不妨先把目光收回一点，看看离银河系最近的邻居。2015年，哈勃望远镜曾对仙女座星系的一部分进行过一次极限拍摄，覆盖范围达到四点一万光年，最终合成了一张十五亿像素的照片，是迄今为止最清晰的仙女座图像。

画面里那片长方形区域里布满了细小的亮点，它们并不是噪点，而是一颗颗真实存在的恒星，每一颗都是和太阳系同等量级的外星世界。保守估计，仅这张照片里就至少有两亿颗恒星，而这不过是仙女座星系全部恒星数量的五千分之一。

而仙女座和银河系加在一起，也只是本星系群的一小部分，属于宇宙中最底层的结构之一。本星系群的跨度可达一千万光年，之上还有直径一点一亿光年的室女座星系团，由上百个本星系群量级的结构组成。

层层向上叠加，才拼出所谓的可观测宇宙。所以当人们谈到星系"上千亿""上万亿"的时候，脑子里应该浮现的不是密集的光点，而是这种一层套一层、几乎让人喘不过气的尺度。

不过，仅凭数照片得出的星系总数显然并不准确。不管把曝光时间加到多长，总有一些星系因为太远太小而看不到。

再加上宇宙本身也在膨胀，遥远星系发出的光会产生严重的红移，以至于很多星系别说哈勃，就是韦伯上了也无能为力。然而，这还不是最关键的。

通过照片数星系的方式其实存在一个大漏洞：拍摄下来的照片并不能代表此刻的宇宙。由于光速限制，星系发出的光到达地球需要时间，距离越远，花费的时间越长。

这就相当于星系拍了张自拍寄给我们，等我们收到照片，已经是很久很久以后的事了。

这就导致一个现象：近处的星系通常看起来比较老，因为照片拍的就是它们现在的样子；但远处的星系看起来就相对年轻，因为那些照片是在很久很久以前它们还很年轻的时候拍的，有些甚至是刚出生不久的"满月照"。

这意味着，在拍摄之后的几十上百亿年里，一些星系已经彼此融合成了更大的星系，星系数量会减少；但与此同时，新的星系也在不断形成，数量又会增加。也就是说，我们根本没办法直接获知此时此刻的宇宙里到底有多少星系。

对普通人来说，这似乎是个无解的问题，但科学家可不会轻易放弃——毕竟这是一帮连宇宙年龄都能推算出来的人。2016年发表于《天体物理学杂志》的一篇论文另辟蹊径，通过研究星系密度如何随宇宙演化，反推宇宙中可能存在的星系总数。

研究人员基于大量观测数据建立了星系质量函数，在排除宇宙膨胀影响后，计算出位于不同红移区间、也就是不同距离上的星系密度，从而勾勒出星系数量随时间变化的规律。

影响星系数量的因素主要有两个：红移和星系质量。红移代表了宇宙的不同时期，每个时期的星系数量本就不同；不过计算发现，星系数量与红移的关系并不算特别强，把红移极限从八扩展到十二，总数只多出六成多。

星系质量则决定了什么样的天体够格被称为一个星系——太小的话，就和普通星团没什么区别。研究人员把质量下限设在一百万倍太阳质量，也就是矮椭球星系通常的量级。

计算结果显示，在宇宙诞生之初，星系密度经历了一段急速下降的阶段，直到大约三十亿年后才逐渐稳定下来。这个结果颇为出人意料。

按常理推想，早期宇宙充满了原始气体，正是大批恒星集中诞生的时期，星系数量应该一路上涨才对。但实际情况恰恰相反。

一个合理的猜测是：那段时间星系之间的合并意外地频繁。彼时的星系普遍还很小，加上宇宙尚未膨胀太大，空间十分拥挤，星系间极易发生碰撞和融合，于是数量反而在总体上不断减少。

顺着这条思路继续推算，如果把星系质量下限保持在较低水平，最终得出的可观测宇宙星系总数，将达到惊人的两万亿之多。这大约是哈勃深空推算值的十倍。

也就是说，之前照片里那些点点亮光只是浮在水面上的部分，海面之下还漂着大量太暗、太远、太小而无法被记录下来的暗淡星系。

有人做过粗略的估算：把两万亿个星系密密麻麻地分布在整个天球上，它们其实足以覆盖视线中的每一个点，只是因为太过暗淡，即使通过哈勃、韦伯这样的设备，也无法尽收眼底。

需要特别说明的是，上文提到的宇宙特指可观测宇宙，两万亿这个结果也仅限定在可观测宇宙范围内。但可观测宇宙范围会随时间变化，当可观测宇宙以外的光经历了足够长的时间后，依然有机会进入人类的视野。

假如宇宙是无限的，那是否意味着可观测宇宙的星系数量终将也是无限的呢？答案是否定的。

因为宇宙一直在加速膨胀，如今可观测宇宙中的绝大部分区域，已经在以超光速远离我们。目前可观测宇宙半径大约在四百六十五亿光年，假设按能量保持不变，再过若干亿年，这个半径最终会定格在六百二十一亿光年这个极限值。

宇宙中的星系数量虽然在接下来的很长时间内仍会继续增加，但数量的上限最终只会达到当前数量的2.36倍，也就是不到五万亿。这也意味着，哪怕人类文明能够永远存续下去，也终将无法等到一览宇宙全貌的那一天。

而如果把标题里那个"五百万亿"级别的数字放到更大的、可能无限的整个宇宙尺度上，就更容易理解为什么大多数星系已经"失联"——它们发出的光根本不再能追上正在被撑开的空间。

然而事情还没完。虽然理论上未来会有更多的星系被人类看到，但实际上越来越多的星系会因为宇宙膨胀而红移越来越大。

也就是说，未来所能看到的星系很可能并不会增加，反而是已经看到的星系会逐渐淡出视野，直至永不可见。现如今，所有红移大于1.69的星系，它们的退行速度都已经超过光速，它们此刻发出的光，人类将永远无法看到。

若干亿年后，当宇宙中所有星系均以超光速远离彼此时，对于之后宇宙中诞生的新文明来说，他们甚至无法得知有其他星系存在这一事实。由于发现不了空间膨胀，他们可能根本不知道有大爆炸的存在。

对他们而言，宇宙将是一片永恒的黑暗，而宇宙的诞生也将是一个永远无法解开的谜团。

既然宇宙一直在加速膨胀，那终将有一天，这个膨胀速率会大到使星系中的恒星彼此远离。到那时人们会惊讶地发现，原本一直稳定存在的星系竟然开始了膨胀。

当漫天繁星变得不再闪耀，意味着星系已经开始解体。不过，哪怕整个可观测宇宙只剩下一颗恒星，那也不过是夜晚的天空没有了星星而已。

但接下来才真正进入地狱之门：行星系统崩溃，天体瓦解，灾难接踵而至。最终，整个世界乃至小小的原子都会分崩离析。

难道说，宇宙的最终命运真的是大撕裂吗？

回望这条思路，从哈勃深空里那三千个亮点，到超深空里的近万个星系，再到理论推算出的两万亿乃至更多，人类每一次刷新对宇宙的认知，都是在把自己所处的角落缩得更小。

而无论是仙女座里那五千分之一的两亿颗恒星，还是本星系群、室女座星系团层层堆叠出的庞大结构，都只是这幅拼图上极不起眼的一角。所谓五百万亿这样的量级，指向的其实是那些永远不会被看到的绝大多数——它们随空间一起被撑开，从此和我们彻底断了联系。

真正令人怅然的不是数字有多大，而是即便科技再进步，人类能够触及的宇宙，也不过是一片正在缓慢关灯的舞台边缘。