宇宙當中到底有多少顆行星?
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2015年1月23日 | 3,718
不久前,當筆者是個孩童時,對行星的認識還只停留在我們自己太陽系的範圍內:幾顆岩石質的行星、四個氣體巨行星,以及衛星、小行星、彗星、柯伊柏帶天體(包括了那時候還被當作行星的冥王星和它最大的衛星卡戎在內),僅此而已。
但所有這些只不過是環繞著太陽執行的幾個世界而已,太陽擁有八顆行星(按照最新定義)。可別忘了,太陽也只是銀河系2000億到4000億顆恆星中的一顆,我們想知道其他恆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麼樣的。
幾十年前,談及行星時大多帶有推測性,只能根據那時候的所知,也就是我們銀河系內的恆星,對其進行理論性探討。銀河系內恆星的大小、質量、直徑和亮度都各不相同。太陽只是一顆G類恆星,而主要的分類便有七種。
通常我們認為太陽比較有代表性,而且屬於相對較暗的恆星,因為夜空中很少能看見O類、B類或A類恆星,以及那些發展到晚期的紅巨星。但是實際上,我們之所以能夠看見這些恆星,是因為它們比肉眼所見還要亮,所以我們看到了更多的這類恆星!全天離太陽最近的恆星——比鄰星(南門二),不通過中型尺寸以上的望遠鏡是無法看到的。
太陽的質量和亮度超過了銀河系中95%的恆星。而銀河系中M類紅矮星數量佔到全部恆星的3/4,它們的質量是太陽質量的8%到40%。
還有其它因素,太陽在銀河系中是孤立存在的;它不受其它恆星引力的束縛。但這同樣也不意味著孤立恆星是銀河系的普遍現象。
恆星可以成雙成對(雙星),也可以三顆簇擁在一起(三合星),甚至於可以是幾百到幾十萬顆恆星,以星團或星群的方式存在。
我想說的重點在於:如果要想知道宇宙中到底有多少行星,並不能以太陽系的行星數量簡單乘以所知恆星數量,這種估算是比較天真的,因為人類掌握的資訊實在太少。但是假如我們只是為了好玩,按照這種演算法,就可以算出銀河系中所有行星的數量大概為2萬億到3萬億之間(這還不包括這些行星所擁有的衛星數量)。這些行星的地表形態必然是千差萬別,這點從太陽系就可以看出。
但是在過去的幾十年中,我們已經開始尋找行星。通過一些不同的方法,可以偵測到系外行星。其中有兩種方法最為常見。一種是“徑向速度法”,它是通過觀測行星在環繞其宿主恆星執行過程中,受引力影響而搖擺的程度,來推測行星(或一組行星)的質量與半徑。
另一種是凌日法。假如視角合適,當行星通過恆星前方時,便會暫時地阻擋這顆恆星的光線。我們可以通過恆星光度的規律性改變,來獲知這顆行星的存在。
行星的數量巨大,我們必須認識到,通過我們的這些方法,不可能觀測到全部行星。美國宇航局的開普勒望遠鏡的視野內有大約10萬顆恆星,但我們只在其中發現了幾百至幾千個行星。
這並不意味著恆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普勒望遠鏡觀測我們的太陽系,相對於觀測視角,太陽系各個行星的傾角是不同的。下面是太陽系各行星能夠被凌日法觀測到的概率:
現在你可能會覺得凌日發生的概率實在是太小了,但實際上你還只猜對了一半。舉個例子,火星和水星體積太小,遮擋不了足夠面積的太陽光,即便用人類現在最先進的探測科技也無法探知。而四個大型氣體行星體積夠大,但是軌道又過長,凌日機會太小,無法成為候選行星。
因此假如用開普勒望遠鏡觀測和10萬顆類似太陽的恆星,大概只能發現410顆恆星擁有總共700顆的行星。
不過目前開普勒望遠鏡已經發現了11000多顆至少擁有一顆候選行星的恆星,以及18000多顆潛在的行星正在圍繞著這些恆星執行,它們的軌道週期從12小時到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,大多數和地球不同;
2.行星圍繞的恆星種類很多,有雙星,也有三合星;
3.我們所觀測到的行星,只是那些足夠大、離恆星足夠近,且剛好處於合適觀測角度的行星。
銀河系中有1000億至2000億顆行星,確實如此。但這並非是一個估算值,只是理論下限。如果估算的話,數量級至少要跳一級——10萬億顆(如果把那些存在於外圍的行星算進去的話,可能要跳兩級),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,也就是那些沒有宿主恆星的行星,如果算上這些位於宇宙深處的行星,我們生活的銀河系的行星總量還要在剛才的基礎上乘以100至100萬,就是說銀河系中應該有10^15至10^19顆行星。
換而言之,根據目前的探測結果,可以認定幾乎所有恆星都自帶行星,而它們中的大部分——尤其是M類恆星——在它們的內太陽系中,還會擁有比我們太陽系更多的岩石行星,而外太陽系就更不用說了!
隨著科技進步,人類能更精確地重估這個數字,但就目前看來,行星的數量至少和恆星數量等同,只會更多——行星數量至少是恆星數量的8倍。
而像我們這樣的太陽系在宇宙中是否常見,其常見度是略高於平均水平還是略低,目前還不能確定。但無論怎樣,僅僅我們的銀河系內就有數以萬億計的行星。還要記得,在宇宙中,我們的銀河系也絕非是獨一無二的。
在我們的可觀測宇宙中,至少擁有2000億個星系(有可能更多),因此我們的宇宙中有10^25個行星。如果你想看看有多少個零的話,那就是10,000,000,000,000,000,000,000,000,而這還沒有把無宿主恆星的行星算進去。
這個數字只會越來越精確。讓我們繼續尋找吧,不只是行星,還有水和氧氣,以及生命的跡象。如果我們堅持不懈,如果我們認真,我們肯定會非常幸運。
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