2015年1月23日|3,718
不久前,当笔者是个孩童时,对行星的认识还只停留在我们自己太阳系的范围内:几颗岩石质的行星、四个气体巨行星,以及卫星、小行星、彗星、柯伊柏带天体(包括了那时候还被当作行星的冥王星和它最大的卫星卡戎在内),仅此而已。
但所有这些只不过是环绕着太阳运行的几个世界而已,太阳拥有八颗行星(按照最新定义)。可别忘了,太阳也只是银河系2000亿到4000亿颗恒星中的一颗,我们想知道其他恒星是不是也拥有它们自己的行星世界,也想知道这些行星世界究竟是什么样的。
几十年前,谈及行星时大多带有推测性,只能根据那时候的所知,也就是我们银河系内的恒星,对其进行理论性探讨。银河系内恒星的大小、质量、直径和亮度都各不相同。太阳只是一颗G类恒星,而主要的分类便有七种。
通常我们认为太阳比较有代表性,而且属于相对较暗的恒星,因为夜空中很少能看见O类、B类或A类恒星,以及那些发展到晚期的红巨星。但是实际上,我们之所以能够看见这些恒星,是因为它们比肉眼所见还要亮,所以我们看到了更多的这类恒星!全天离太阳最近的恒星——比邻星(南门二),不通过中型尺寸以上的望远镜是无法看到的。
太阳的质量和亮度超过了银河系中95%的恒星。而银河系中M类红矮星数量占到全部恒星的3/4,它们的质量是太阳质量的8%到40%。
还有其它因素,太阳在银河系中是孤立存在的;它不受其它恒星引力的束缚。但这同样也不意味着孤立恒星是银河系的普遍现象。
恒星可以成双成对(双星),也可以三颗簇拥在一起(三合星),甚至于可以是几百到几十万颗恒星,以星团或星群的方式存在。
我想说的重点在于:如果要想知道宇宙中到底有多少行星,并不能以太阳系的行星数量简单乘以所知恒星数量,这种估算是比较天真的,因为人类掌握的信息实在太少。但是假如我们只是为了好玩,按照这种算法,就可以算出银河系中所有行星的数量大概为2万亿到3万亿之间(这还不包括这些行星所拥有的卫星数量)。这些行星的地表形态必然是千差万别,这点从太阳系就可以看出。
但是在过去的几十年中,我们已经开始寻找行星。通过一些不同的方法,可以侦测到系外行星。其中有两种方法最为常见。一种是“径向速度法”,它是通过观测行星在环绕其宿主恒星运行过程中,受引力影响而摇摆的程度,来推测行星(或一组行星)的质量与半径。
另一种是凌日法。假如视角合适,当行星通过恒星前方时,便会暂时地阻挡这颗恒星的光线。我们可以通过恒星光度的规律性改变,来获知这颗行星的存在。
行星的数量巨大,我们必须认识到,通过我们的这些方法,不可能观测到全部行星。美国宇航局的开普勒望远镜的视野内有大约10万颗恒星,但我们只在其中发现了几百至几千个行星。
这并不意味着恒星拥有行星的百分比很小。试想一下:假如在其它行星上用开普勒望远镜观测我们的太阳系,相对于观测视角,太阳系各个行星的倾角是不同的。下面是太阳系各行星能够被凌日法观测到的概率:
现在你可能会觉得凌日发生的概率实在是太小了,但实际上你还只猜对了一半。举个例子,火星和水星体积太小,遮挡不了足够面积的太阳光,即便用人类现在最先进的探测科技也无法探知。而四个大型气体行星体积够大,但是轨道又过长,凌日机会太小,无法成为候选行星。
因此假如用开普勒望远镜观测和10万颗类似太阳的恒星,大概只能发现410颗恒星拥有总共700颗的行星。
不过目前开普勒望远镜已经发现了11000多颗至少拥有一颗候选行星的恒星,以及18000多颗潜在的行星正在围绕着这些恒星运行,它们的轨道周期从12小时到525天不等。我们从这些研究中的所知包括:
1.行星间的差异非常巨大,大多数和地球不同;
2.行星围绕的恒星种类很多,有双星,也有三合星;
3.我们所观测到的行星,只是那些足够大、离恒星足够近,且刚好处于合适观测角度的行星。
银河系中有1000亿至2000亿颗行星,确实如此。但这并非是一个估算值,只是理论下限。如果估算的话,数量级至少要跳一级——10万亿颗(如果把那些存在于外围的行星算进去的话,可能要跳两级),而这只是就我们的银河系而言!
这还不包括所谓的流浪行星,也就是那些没有宿主恒星的行星,如果算上这些位于宇宙深处的行星,我们生活的银河系的行星总量还要在刚才的基础上乘以100至100万,就是说银河系中应该有10^15至10^19颗行星。
换而言之,根据目前的探测结果,可以认定几乎所有恒星都自带行星,而它们中的大部分——尤其是M类恒星——在它们的内太阳系中,还会拥有比我们太阳系更多的岩石行星,而外太阳系就更不用说了!
随着科技进步,人类能更精确地重估这个数字,但就目前看来,行星的数量至少和恒星数量等同,只会更多——行星数量至少是恒星数量的8倍。
而像我们这样的太阳系在宇宙中是否常见,其常见度是略高于平均水平还是略低,目前还不能确定。但无论怎样,仅仅我们的银河系内就有数以万亿计的行星。还要记得,在宇宙中,我们的银河系也绝非是独一无二的。
在我们的可观测宇宙中,至少拥有2000亿个星系(有可能更多),因此我们的宇宙中有10^25个行星。如果你想看看有多少个零的话,那就是10,000,000,000,000,000,000,000,000,而这还没有把无宿主恒星的行星算进去。
这个数字只会越来越精确。让我们继续寻找吧,不只是行星,还有水和氧气,以及生命的迹象。如果我们坚持不懈,如果我们认真,我们肯定会非常幸运。
作者:Ethan Siegel
原载:Medium.com
编译:老孙