宇宙当中到底有多少颗行星？

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。