宇宙當(dāng)中到底有多少顆行星？

2015年1月23日 | 3，718

不久前，當(dāng)筆者是個(gè)孩童時(shí)，對(duì)行星的認(rèn)識(shí)還只停留在我們自己太陽(yáng)系的范圍內(nèi)：幾顆巖石質(zhì)的行星、四個(gè)氣體巨行星，以及衛(wèi)星、小行星、彗星、柯伊柏帶天體(包括了那時(shí)候還被當(dāng)作行星的冥王星和它最大的衛(wèi)星卡戎在內(nèi))，僅此而已。

但所有這些只不過(guò)是環(huán)繞著太陽(yáng)運(yùn)行的幾個(gè)世界而已，太陽(yáng)擁有八顆行星(按照最新定義)。可別忘了，太陽(yáng)也只是銀河系2000億到4000億顆恒星中的一顆，我們想知道其他恒星是不是也擁有它們自己的行星世界，也想知道這些行星世界究竟是什么樣的。

幾十年前，談及行星時(shí)大多帶有推測(cè)性，只能根據(jù)那時(shí)候的所知，也就是我們銀河系內(nèi)的恒星，對(duì)其進(jìn)行理論性探討。銀河系內(nèi)恒星的大小、質(zhì)量、直徑和亮度都各不相同。太陽(yáng)只是一顆G類(lèi)恒星，而主要的分類(lèi)便有七種。

通常我們認(rèn)為太陽(yáng)比較有代表性，而且屬于相對(duì)較暗的恒星，因?yàn)橐箍罩泻苌倌芸匆?jiàn)O類(lèi)、B類(lèi)或A類(lèi)恒星，以及那些發(fā)展到晚期的紅巨星。但是實(shí)際上，我們之所以能夠看見(jiàn)這些恒星，是因?yàn)樗鼈儽热庋鬯?jiàn)還要亮，所以我們看到了更多的這類(lèi)恒星！全天離太陽(yáng)最近的恒星——比鄰星(南門(mén)二)，不通過(guò)中型尺寸以上的望遠(yuǎn)鏡是無(wú)法看到的。

太陽(yáng)的質(zhì)量和亮度超過(guò)了銀河系中95%的恒星。而銀河系中M類(lèi)紅矮星數(shù)量占到全部恒星的3/4，它們的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的8%到40%。

還有其它因素，太陽(yáng)在銀河系中是孤立存在的;它不受其它恒星引力的束縛。但這同樣也不意味著孤立恒星是銀河系的普遍現(xiàn)象。

恒星可以成雙成對(duì)(雙星)，也可以三顆簇?fù)碓谝黄?三合星)，甚至于可以是幾百到幾十萬(wàn)顆恒星，以星團(tuán)或星群的方式存在。

我想說(shuō)的重點(diǎn)在于：如果要想知道宇宙中到底有多少行星，并不能以太陽(yáng)系的行星數(shù)量簡(jiǎn)單乘以所知恒星數(shù)量，這種估算是比較天真的，因?yàn)槿祟?lèi)掌握的信息實(shí)在太少。但是假如我們只是為了好玩，按照這種算法，就可以算出銀河系中所有行星的數(shù)量大概為2萬(wàn)億到3萬(wàn)億之間(這還不包括這些行星所擁有的衛(wèi)星數(shù)量)。這些行星的地表形態(tài)必然是千差萬(wàn)別，這點(diǎn)從太陽(yáng)系就可以看出。

但是在過(guò)去的幾十年中，我們已經(jīng)開(kāi)始尋找行星。通過(guò)一些不同的方法，可以偵測(cè)到系外行星。其中有兩種方法最為常見(jiàn)。一種是“徑向速度法”，它是通過(guò)觀測(cè)行星在環(huán)繞其宿主恒星運(yùn)行過(guò)程中，受引力影響而搖擺的程度，來(lái)推測(cè)行星(或一組行星)的質(zhì)量與半徑。

另一種是凌日法。假如視角合適，當(dāng)行星通過(guò)恒星前方時(shí)，便會(huì)暫時(shí)地阻擋這顆恒星的光線。我們可以通過(guò)恒星光度的規(guī)律性改變，來(lái)獲知這顆行星的存在。

行星的數(shù)量巨大，我們必須認(rèn)識(shí)到，通過(guò)我們的這些方法，不可能觀測(cè)到全部行星。美國(guó)宇航局的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的視野內(nèi)有大約10萬(wàn)顆恒星，但我們只在其中發(fā)現(xiàn)了幾百至幾千個(gè)行星。

這并不意味著恒星擁有行星的百分比很小。試想一下：假如在其它行星上用開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)我們的太陽(yáng)系，相對(duì)于觀測(cè)視角，太陽(yáng)系各個(gè)行星的傾角是不同的。下面是太陽(yáng)系各行星能夠被凌日法觀測(cè)到的概率：

現(xiàn)在你可能會(huì)覺(jué)得凌日發(fā)生的概率實(shí)在是太小了，但實(shí)際上你還只猜對(duì)了一半。舉個(gè)例子，火星和水星體積太小，遮擋不了足夠面積的太陽(yáng)光，即便用人類(lèi)現(xiàn)在最先進(jìn)的探測(cè)科技也無(wú)法探知。而四個(gè)大型氣體行星體積夠大，但是軌道又過(guò)長(zhǎng)，凌日機(jī)會(huì)太小，無(wú)法成為候選行星。

因此假如用開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)和10萬(wàn)顆類(lèi)似太陽(yáng)的恒星，大概只能發(fā)現(xiàn)410顆恒星擁有總共700顆的行星。

不過(guò)目前開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了11000多顆至少擁有一顆候選行星的恒星，以及18000多顆潛在的行星正在圍繞著這些恒星運(yùn)行，它們的軌道周期從12小時(shí)到525天不等。我們從這些研究中的所知包括：

1.行星間的差異非常巨大，大多數(shù)和地球不同;

2.行星圍繞的恒星種類(lèi)很多，有雙星，也有三合星;

3.我們所觀測(cè)到的行星，只是那些足夠大、離恒星足夠近，且剛好處于合適觀測(cè)角度的行星。

銀河系中有1000億至2000億顆行星，確實(shí)如此。但這并非是一個(gè)估算值，只是理論下限。如果估算的話，數(shù)量級(jí)至少要跳一級(jí)——10萬(wàn)億顆(如果把那些存在于外圍的行星算進(jìn)去的話，可能要跳兩級(jí))，而這只是就我們的銀河系而言！

這還不包括所謂的流浪行星，也就是那些沒(méi)有宿主恒星的行星，如果算上這些位于宇宙深處的行星，我們生活的銀河系的行星總量還要在剛才的基礎(chǔ)上乘以100至100萬(wàn)，就是說(shuō)銀河系中應(yīng)該有10^15至10^19顆行星。

換而言之，根據(jù)目前的探測(cè)結(jié)果，可以認(rèn)定幾乎所有恒星都自帶行星，而它們中的大部分——尤其是M類(lèi)恒星——在它們的內(nèi)太陽(yáng)系中，還會(huì)擁有比我們太陽(yáng)系更多的巖石行星，而外太陽(yáng)系就更不用說(shuō)了！

隨著科技進(jìn)步，人類(lèi)能更精確地重估這個(gè)數(shù)字，但就目前看來(lái)，行星的數(shù)量至少和恒星數(shù)量等同，只會(huì)更多——行星數(shù)量至少是恒星數(shù)量的8倍。

而像我們這樣的太陽(yáng)系在宇宙中是否常見(jiàn)，其常見(jiàn)度是略高于平均水平還是略低，目前還不能確定。但無(wú)論怎樣，僅僅我們的銀河系內(nèi)就有數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的行星。還要記得，在宇宙中，我們的銀河系也絕非是獨(dú)一無(wú)二的。

在我們的可觀測(cè)宇宙中，至少擁有2000億個(gè)星系(有可能更多)，因此我們的宇宙中有10^25個(gè)行星。如果你想看看有多少個(gè)零的話，那就是10，000，000，000，000，000，000，000，000，而這還沒(méi)有把無(wú)宿主恒星的行星算進(jìn)去。

這個(gè)數(shù)字只會(huì)越來(lái)越精確。讓我們繼續(xù)尋找吧，不只是行星，還有水和氧氣，以及生命的跡象。如果我們堅(jiān)持不懈，如果我們認(rèn)真，我們肯定會(huì)非常幸運(yùn)。