在我文章的评论区,许多网友都有这种认识,这不,最近有位网友发出邀答问题:太阳到比邻星就有4光年,10万光年的银河系怎么能有2千亿恒星?
这位朋友大概是按面积算,怎么也容不下这么多恒星吧?难道没学过体积计算公式?
银河系10万光年直径是上世纪的估计,现在认为被远远低估了。原先估计银河系直径在10~16万光年之间。后来科学家们发现,在银河系边缘,距离我们与银心中心三倍的地方,还有很多恒星存在。而我们太阳距离银心约2.6万光年,距离这个三倍就是7.8万光年,再加上银心距离,也就是说,银河系半径超过了10万光年。这样银河系直径就有20万光年了。
科学界估计,银河系有恒星约2000~4000亿颗,质量约太阳的2000亿倍。这是因为比太阳小的恒星在银河系占有绝大多数,约占七成以上,这些恒星就是红矮星。红矮星的质量只有太阳的10~50%左右,最小的只有8%。比太阳大的恒星并不多,只有百分之十几左右。
银河系大致是一个扁平铁饼的样子,中间厚,边缘薄。按照银河系半径10万光年,中间厚度约1.3万光年,我们来计算一下它的体积。银河系是一个铁饼状的棒旋星系,中间厚边缘薄。我们按照锥形的体积来计算,可能委屈了点银河系,实际上银河系边缘并不像锥形那么薄,但也没有别的算法,就大致算一下吧。
锥形的体积计算公式为:V=1/3πr^2h
式中,V表示银河系体积,单位立方光年;r为银河系半径,约10万光年;h为银河系中心厚度,约1.3万光年。代入公式计算:1/3x100000^2x13000=136053060000000‬ly^3(立方光年)
假设银河系有4000亿颗恒星,那么每颗恒星拥有的空间有:136053060000000‬/400000000000≈340ly^3
每颗恒星在银河系拥有340立方光年的空间,每颗恒星间隔等于³√340,则得到每颗恒星之间的间隔约6.9光年。这个结果大大高于恒星间距4光年了。
但是银河系恒星密度并不是均匀一致的。银河系中心恒星密度最高,天文学家们通过观测发现,银河系中心3.26^3光年的空间,就分布高达上千万颗恒星,1立方光年的空间约有29万颗恒星,而我们太阳附近恒星密度只有每立方光年约0.004颗,银心比我们太阳附近恒星密度高了7200万倍。
在距离太阳更远的银河系边沿地带,恒星就越来越稀松,所以,说银河系有数千亿颗恒星并没有什么不妥。