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一颗银河系有多少行星呢?昨晚盯着天花板我忽然卡住了

说出来你可能不信,这个问题是我儿子问的,上周晚饭后他趴在阳台栏杆上,忽然回头:“爸,咱这个银河到底有多少颗行星啊?老师说太阳系有八大行星,那别的恒星也有行星吗?”我张嘴就想来个数字,但发现脑子里全是空白的,那种感觉就像你特别熟悉一首歌的旋律,可一张嘴词全忘了。

所以我干脆坐下来认真捋了捋这个问题,下面就是这一路琢磨出来的东西,估计你听完也会觉得这数字既吓人又有点浪漫。

一颗银河系有多少行星呢?昨晚盯着天花板我忽然卡住了

从“一颗恒星配几颗行星”开始猜

咱们先别一上来就拍脑袋给答案,这个问题得分两步想:第一,银河系有多少恒星?第二,平均每颗恒星带着多少颗行星?把这两个数一乘,心里就有个谱了。

恒星的数量比较好说,天文学家现在的共识是,银河系大概有1000亿到4000亿颗恒星,注意,不是“几百万”也不是“几万亿”,就是千亿这个量级,你晚上抬头看见的所有亮点,除了个别几颗行星,全是恒星,而且那还只是银河系里离我们最近的几千颗而已,绝大部分恒星因为太远或者被尘埃挡着,肉眼根本看不见。

那行星呢?这事儿在1995年之前谁都说不准,因为人类压根没发现过任何一颗太阳系外的行星,但开普勒太空望远镜在2009年上天以后,情况彻底变了,它用“凌星法”死盯着15万颗恒星看,等着行星从恒星前面经过时那一点点微弱的亮度变化,靠这个笨办法,开普勒一口气确认了将近2800颗系外行星,另外还有好几千个候选目标等着核实。

这些数据给了天文学家一个很重要的东西——统计规律

开普勒望远镜算了一笔大账

科学家把开普勒的数据摊开一看,发现一个让人下巴掉了的事实:几乎每颗恒星都有行星,不是“有的有、有的没有”,是几乎人人都有,你随便在天上指一颗恒星,它周围大概率至少有一颗行星在那儿转着。

细化下来大概是这么个画面:

  • 类地行星(岩石的、个头小的):平均每颗恒星大约有0.8到1.2颗,这里说的类地行星不一定是地球这样的宜居环境,就是大小差不多的岩石星球,轨道可能在宜居带里也可能不在。
  • 超级地球(比地球大但比海王星小的):这类行星在太阳系里没有对应物,但在银河系里特别常见,平均每颗恒星大概有1到2颗。
  • 气态巨行星(木星、土星那种):这部分少一些,平均每颗恒星可能0.1到0.3颗,也就是每十颗恒星才摊上一两颗。

2013年加州理工学院有个挺有名的研究,牵头的是埃里克·佩蒂古拉,他们根据开普勒的数据推算出银河系里光是类日恒星就对应着大约110亿颗地球大小的行星,而且这些行星还处在所谓“宜居带”里,宜居带的意思就是温度刚好允许液态水存在,不是烫得要命也不是冻成冰疙瘩,注意这只是类日恒星的数据,还没算红矮星周围那些行星。

把这些杂七杂八大大小小的类型全算上,天文学家给出的主流估算是:银河系的行星总数大约在8000亿到3.2万亿颗之间,但最常被引用的一个中间值是1万亿到2万亿颗,我们暂时就用6万亿颗这个数往下聊吧,这个数怎么来的?其实就是按平均每颗恒星带1.6颗行星,乘以大约1000亿颗恒星算出来的。

等等,红矮星那边才是大头

刚才说的按“平均每颗恒星1.6颗行星”算,其实已经偏保守了,因为这里面有一个巨大的变量叫红矮星

银河系里大约75%的恒星都是红矮星——比太阳小、温度低、光线暗,但命特别长的那种,2016年欧洲南方天文台在比邻星(离太阳最近的恒星,就是一颗红矮星)周围发现了一颗行星,叫比邻星b,大小跟地球差不多,而且就在宜居带里。

后续研究陆续发现,红矮星周围类地行星的出现频率高得离谱,有些观测甚至显示平均每颗红矮星可能带有2到3颗行星,其中相当一部分是岩石质地的,这就把平均值往上又推了一把,也就是说,如果光看类日恒星,平均行星数可能就1颗出头;但把红矮星这帮“高产户”算进来,平均每颗恒星的行星数很容易就奔着2颗以上去了。

所以1.6万亿颗这个数,其实是一个偏中间的估计,往上飘到3万亿以上是完全合理的,不过也别纠结具体数字,这种估算本身就差着一个数量级都很正常,关键是感受这个尺度。

一颗银河系有多少行星呢?昨晚盯着天花板我忽然卡住了

那你说的这些行星都长什么样

6万亿颗行星,不是复制粘贴出来的,它们之间的差别比地球上的物种还夸张,我把几种主要的给你盘一下,这样你脑子里就不会只是一个干巴巴的数字了:

类型大概占比特点能住人吗
热木星不到1%离恒星极近的气态巨行星,表面温度能上千度,一年只有几天绝无可能,烤焦了
超级地球30%—50%质量在地球的1到10倍之间,有些是岩石的,有些含大量气体极少数可能,看大气成分
地球大小的岩石行星20%—30%跟地球个头差不多的岩石球,分布在各种轨道上少数在宜居带的有希望
迷你海王星20%左右比地球大但比海王星小,气体包裹着岩石核基本没戏,气压太恐怖
流浪行星数量未知,可能极多没有母恒星,自己在星际空间飘着表面极寒,但地下如果有热源,谁知道呢

这里面我觉得最让人起鸡皮疙瘩的就是流浪行星,它们是那些因为引力扰动被踢出自己恒星系的“孤儿”,不绕着任何恒星转,就在黑暗的星际空间里漫无目的地飘,2011年《自然》上有个研究说银河系里流浪行星的数量可能比恒星还多,甚至有多达几万亿颗,如果把这个算进去,那银河系行星的总数就更没边了。

再往下想就有点哲学了

你看,我们现在手里有两个盘出来的数字:6万亿颗行星,其中光宜居带里的类地行星就在百亿级别以上,注意这不是科幻小说里的设定,这就是天文观测和统计推断出来的、目前学界接受度较高的结论,开普勒的数据是实打实的,统计方法也是经过反复交叉验证的,虽然具体到个数上肯定有偏差,但量级摆在那里——行星在银河系里比恒星更常见,就跟海滩上的沙子一样多。

那接下来一个绕不开的问题就是:这么多行星里,有别的生命吗?我不知道,天文学家也不知道,但费米悖论的那句老话每到这个时候就会冒出来:“他们在哪儿呢?

也许就在某颗红矮星旁边的一颗岩石行星上,那片海洋也在反射着它自己的太阳光,而那里的某个生物此刻也正好望向夜空,想着同样的问题,想想咱们银河系这个扁盘子一样的结构,直径十万光年,里面有上千亿颗恒星,每颗恒星又带着那么一大家子行星,咱们这颗蓝色小球只是其中一个恒星系里的老三,这种尺度一旦在脑子里扎了根,再回头看地球上的那些烦心事,好像就自动变小了一点。

不是变没了,就是变轻了。

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