宇宙中有多少顆行星？

當我還是個男孩的時候，我能說出來的行星就只是我們太陽系中的天體。其中包括我們最熟悉的四顆岩石行星、四顆氣態巨行星，以及一些衛星、小行星、彗星和柯伊伯帶的天體(柯伊伯帶天體只包括當時的行星冥王星和它最大的衛星卡戎)。

所有這些都只限於我們太陽系這個小家庭，而我們小時候熟知的九大行星，在2006年IAU重新定義了行星之後，冥王星就被貶爲了矮行星，所以我們這個小家庭目前只剩下了八大行星。隨着我們年齡的增長，知識的豐富，我們發現原來太陽只是銀河系中2000億到4000億顆恆星中的一顆，仰望星空，我們不禁會想，銀河系中這麼多恆星它們會有多少顆行星啊？我們的宇宙中會有多少行星呢？

銀河系中恆星系統的存在方式

幾十年前，關於銀河系中行星數量的討論大多隻是推測，而我們更多關注的是我們銀河系中的恆星，在我們的星系中，恆星的大小、質量、顏色千差萬別。我們的太陽只是七個主要恆星類型中一顆G級恆星。看下圖：

上圖中我們可以看到我們太陽的光度處在相對昏暗的一側，我們在夜空中用肉眼看到最多的恆星屬於O、B和A級恆星，以及高度演化的紅巨星。因爲它們都有着很高的光度，所以它們掛滿了整個夜空！事實上，在夜空中離我們最近的恆星比鄰星除非用中型及以上的望遠鏡才能看到它，因爲比鄰星是一顆比較暗的M級紅矮星。

事實上，我們的太陽比銀河系中95%的恆星質量和光度都要高。紅矮星M級恆星的質量在太陽質量的8%到40%之間，銀河系中每4顆恆星中就有3顆是紅矮星。

更重要的是，我們太陽系屬於單星系統，太陽不受其他恆星的引力束縛。但是在銀河系中這並不是恆星系統存在的唯一方式。

恆星的存在方式最普遍的是兩顆雙星系統，三顆三星系統（三合星），甚至是包含數百至數十萬顆恆星的恆星羣或星團，我們太陽系的單星相對來說比較特殊。

銀河系中行星的數量

如果我們想準確估計銀河系中有多少顆行星，我的觀點是:我們不能用我們在一部分恆星中發現的行星數去乘以銀河系中的恆星數量。這是我們在缺乏證據的情況下做出的一個天真的估計。這樣的估計將給我們的銀河系帶來大約2到3萬億顆行星。(這還不包括行星的衛星!)

但是在過去20年裡，我們一直在用各種不同的方法探索銀河系中行星的數量，其中最多產的兩種方法是“恆星擺動”法和“凌日法”。

恆星擺動法是通過觀察一顆恆星在很長一段時間內的引力“擺動”，我們就可以大致推斷出恆星系統中行星的數量以及行星的質量和半徑。

凌日法，既通過觀察來自遙遠恆星的光被經過它前面的行星盤部分遮擋的情況來判斷恆星的行星數量。

但是，當我們用凌日法預測行星時，我們卻看不到絕大多數的行星。以美國宇航局(NASA)的開普勒(Kepler)任務爲例，該任務通過同時觀察10萬顆恆星的光度，檢測是否有凌日現象，卻只發現了成百上千顆行星。難道每百顆恆星中只有那麼幾顆行星嗎？

這明顯是不可能的，考慮一下如果開普勒在觀察我們的太陽系，而我們的太陽系相對於開普勒的視角是隨機定向的，行星橫跨恆星的概率由視線方向的軌道大小和恆星大小決定的，這種排列的可能性足以觀察到太陽被行星凌日。

開普勒在短時間內只能發現太陽系不到一半的行星，因爲水星和火星太小，這意味着它們阻擋的太陽光不足以被我們的行星探測器檢測到，而四顆外部巨行星，儘管它們的尺寸很大，但外部行星需要花費很長的時間纔會繞軌道一週，如果要讓開普勒觀察至少兩次以上的凌日現象，這需要花費很長的時間。而至少觀察兩次凌日現象這是將一個天體命名爲“候選行星”的必要條件。

所以這意味着如果開普勒在同時觀察10萬顆與太陽相同的恆星時，它在短時間內只會發現410顆恆星周圍總共只有700顆行星。所以這需要很長的時間去觀測，而且開普勒只能觀測到像地球大小以上的行星。

到今天爲止，開普勒已經發現了11000多顆恆星，這些恆星周圍總共有18000多顆潛在行星，其中每顆恆星至少有一顆候選行星，週期從12小時到525天不等。我們從中瞭解到了什麼:

你可能看到過說銀河系中至少有1000億到2000億顆行星，這不是一個行星數量的估計值，而是一個數量的下限值，相反，如果要做一個初步估計的話，我們會得到一個數量級更高的數字，那就是在銀河系中有近10萬億顆行星!

這個數字甚至不包括所謂的流浪孤星，它們沒有圍繞母恆星運行。如果我們把這些也算進去的話，我們星系中的行星數量很可能會增加100萬倍，這意味着在我們的星系中可能有10^19個行星。

換句話說，根據我們目前所看到的情況，幾乎所有的恆星都擁有自己的行星，而根據我們所看到的那些恆星的內部系統，其中很大一部分，尤其是M類恆星很可能在其內部系統中擁有比我們太陽系還要多的岩石行星，更不用說外部行星系統了!

我們宇宙中有多少顆行星

隨着時間的推移，我們將會繼續完善我們的行星探測系統，進一步精確我們的估計值，我們的太陽系的行星數量，可能會略高於銀河系恆星系統中行星數量的平均水平，或者略低於平均水平；我們目前還不確定。但是不管它朝哪個方向發展，我們首先要清楚的是銀河系中行星的數量，而我們的銀河系在宇宙中只是一葉孤舟。

宇宙中至少有2000億個星系(甚至更多)，所以我們很有可能談論的是一個由大約10^25顆行星組成的宇宙。對於那些喜歡看到巨大的數字被完整地寫出來的人來說，這是個機會！在我們可觀測的宇宙中，大約有10000,000,000,000,000,000,000,000顆行星，而這只是一個目前估算的下限值！所以下次有人問你銀河系、宇宙中有多少顆行星，請你不要慌張，你就掄圓了說,只要高於下限值，都是正確的。

我們要相信這個數字只會變得越來越準備，我們在尋找宇宙中有多少行星的同時，讓我們繼續尋找，有水、有氧、有生命的跡象的星球！