银河系外到底有多少行星？一个让人睡不着觉的数字
昨天晚上我躺在阳台上看星星，脑子里突然冒出一个问题：银河系外面那些模糊的光斑里,到底藏着多少颗行星？
不是那种“可能有吧”的模糊答案，是一个具体的数字,哪怕只是个粗略的估计也好。
结果这一查，我发现天文学家们还真算过，而且算出来的结果，怎么说呢，大到你的大脑会本能地拒绝理解。
先说清楚一个问题：什么叫“银河系外的行星”？
听起来像是废话，但其实得掰扯清楚，我们住在地球上，地球绕着太阳转，太阳绕着银河系中心转，银河系是我们所在的星系，里面大概有1000亿到4000亿颗恒星。
“银河系外的行星”指的就是那些不属于银河系、而是在其他星系里绕着其他恒星转的行星，它们也叫“河外行星”，英文叫extragalactic planets。
你可能会想，银河系内的行星我们都还没搞清楚呢，怎么就开始惦记别的星系了？这事其实有个认知上的跳跃，我们自己星系里的行星，叫“系外行星”，这说的是太阳系之外、但还在银河系之内的行星，过去三十年，天文学家靠开普勒望远镜、凌星系外行星巡天卫星（TESS）这些设备，已经确认了超过5500颗系外行星,还有上万颗候选体在排队等确认。
但银河系外的行星完全不是一个量级的挑战，距离太远了，离我们最近的另一个大星系——仙女座星系，250万光年，我们银河系自己的直径也才10万光年左右，这就意味着，你拿目前最强的望远镜去看仙女座星系里的一颗恒星，它看起来就是一整个星系的光芒里混着的一粒灰尘,更别说绕着这颗恒星转的行星了。
那我们是怎么知道它们存在的？
这事听起来像是不可能完成的任务，但天文学家就是有办法，他们用的招数叫微引力透镜。
爱因斯坦的广义相对论说了，大质量物体会弯曲周围的时空，光线经过时会偏折，如果一颗行星恰好从一颗更遥远的背景恒星前面经过，它的引力会像一个微小的透镜一样，让背景恒星短暂变亮，这个变亮的信号非常微弱、非常短暂，但它能告诉我们——那里有颗行星。
2018年，俄克拉荷马大学的戴新宇教授团队用 NASA 的钱德拉X射线天文台，在距离地球38亿光年的一个星系里探测到了一批候选行星，重点是，这不是一颗两颗，而是一群，他们在一个叫做RX J1131-1231的类星体的光芒里，通过微引力透镜效应，发现了大约2000颗行星的信号,质量从月球大小到木星大小都有。
这是人类第一次有确凿证据表明，银河系外的行星不是零星存在，而是普遍存在。
后来还有更夸张的，2020年，还是微引力透镜的方法，天文学家在另一个星系里发现了一颗疑似土星质量的行星，距离我们大约2300万光年，待在一个叫M51的涡状星系里，这颗候选体的信号很清晰，发表在《自然·天文学》上，论文作者是意大利的迪·斯特凡诺团队。
但你要明白一件事：这些探测都是间接的、随机的、不可重复的，微引力透镜事件是一次性的，那颗行星飘过去了，你就再也不会看到它了，所以我们确认的河外行星数量，两只手就数得过来——候选体加起来大概也就两三千个的信号被捕捉到,但能单独确认的也就个位数。
这就引出了一个巨大的反差：我们直接探测到的河外行星极少，但从统计学上推算出来的数量大到恐怖。
那到底有多少？开始算账
要回答这个问题,我们得拆成几步走。
第一步，银河系里有多少行星？
这个问题现在已经有比较靠谱的统计了，开普勒的数据告诉我们，银河系里每颗恒星至少有一颗行星，这个“至少”很关键，因为很多恒星有多颗行星，近年的统计分析，比如2019年《天文学杂志》上布莱恩·拉克的论文，给出的数字是：银河系里像地球这样的岩石行星可能就有100亿到200亿颗，而所有类型的行星加起来，估计在1000亿到4000亿颗之间。
换句话说，银河系里行星的总数，跟恒星的总数差不多是一个数量级，甚至更多，因为红矮星这种小个头恒星往往带着好几颗行星，比如著名的 TRAPPIST-1 系统,一颗恒星带了七颗地球大小的行星。
| 银河系恒星数量 | 约1000亿～4000亿颗 |
| 平均每颗恒星拥有的行星数 | ≥1颗（保守估计） |
| 银河系行星总数估算 | 约1000亿～4000亿颗 |
| 其中岩石行星数量 | 约100亿～200亿颗 |
第二步，可观测宇宙里有多少星系？
这个数字也在不断更新，1995年哈勃深场的观测让天文学家第一次意识到，看起来空无一物的天区里其实塞满了星系，2016年，诺丁汉大学的克里斯托弗·康塞利斯团队根据哈勃和地面望远镜的深场数据重新做了统计，结果发表在《天体物理学杂志》上，给出来的数字是：可观测宇宙里大概有2万亿个星系。
两万亿，不是两亿，是两万亿，这个数字已经大到不太像真的了，而且这还只是“可观测宇宙”，实际宇宙可能远大于此，甚至可能是无限的——但在那部分我们永远看不到,光还没跑到我们这里。
第三步，简单乘法。
如果我们假设银河系是个“普通星系”，那其他星系的平均行星数量跟银河系差不多,那就很简单了：
2万亿个星系 × 每个星系1000亿到4000亿颗行星
这一乘,出来的数字范围是：
2000万亿亿到8000万亿亿颗行星。
写成科学记数法，大概是10²²到10²³这个量级。
这是什么概念呢？地球上所有沙滩上的沙粒总数，据估算大概是10¹⁸到10¹⁹这个量级，也就是说，可观测宇宙里的行星总数，比地球所有沙滩上的沙粒加起来还要多几千到几万倍。
你抓起一把沙子，这里面的每一粒沙,对应宇宙里的几千颗行星。
这个比喻我以前在卡尔·萨根的书里看到过,但每次想起来还是会愣住。
但这个数字有个巨大的前提
我刚才用的是“如果我们假设银河系是个普通星系”，问题是，银河系真的是普通星系吗？
银河系是一个棒旋星系，质量偏大，但不是极端，宇宙里最多的其实是矮星系，小不点，恒星数量少得可怜，可能只有几百万到几亿颗恒星，这类星系的“行星产能”跟银河系完全不是一个档次，如果按星系数目算，2万亿个星系里大部分都是这种小星系，那用银河系的数值去乘,可能高估了。
但反过来，宇宙里也有巨型的椭圆星系，比如M87那种，恒星数量可能是银河系的几十倍甚至上百倍，它们的“行星产能”又远超银河系，两边一拉，银河系作为一个中间偏大的旋涡星系，可能确实是个不错的平均水平参考。
还有另一个不确定因素：不同星系的环境差异，有些星系的恒星形成区密度极高，辐射强烈，超新星频繁爆发，这种环境里行星能稳定存在的概率会低一些，有些星系则安静得多，我们目前对这些“河外行星形成条件”的了解几乎为零——我们连银河系内的行星形成理论都还在争论，不同星系的环境差异会让这个数字产生多大的修正,谁也不敢打包票。
所以严谨地说，10²²到10²³颗行星这个区间，是目前基于已有数据的最合理推测，误差棒可能大到一两两个数量级，但即便如此，保守到哪怕取最低值,也足够震撼了。
一个更让人头皮发麻的问题
数字本身已经够大了，但真正让我睡不着觉的不是数字，是另一个问题：这其中有生命的行星有多少？
当然这个问题目前没有任何确定答案，但我们可以稍微算一下概率，德雷克方程很多人都听过，虽然那个方程更像是个思想实验框架，不是精确的数学公式,但我们可以用天文学已经确定的事实来框一框。
银河系里有100亿到200亿颗岩石行星位于所谓的“宜居带”——也就是离恒星不远不近、液态水可以存在的区域，这个数据来自开普勒望远镜对恒星的统计分析，200亿,单看银河系而已。
乘上2万亿个星系，宜居带岩石行星的数量大概在10¹⁹到10²⁰这个量级。
也就是1000亿亿到1万亿亿颗潜在的“可能适合生命生存的行星”。
适合不等于有生命，生命起源的概率是多少，我们没有样本，只有一个数据点——地球，拿一个数据点去推整个宇宙，这统计上不成立，但哪怕概率低到每十亿颗宜居行星里只有一颗诞生了生命，这个宇宙里也应该挤满了生命。
费米悖论就在这时候冒出来了：既然数字这么大,那它们在哪儿呢？
这事我每次想到，都觉得要么是我们漏掉了什么关键变量，要么是宇宙比我们想象的更孤独,两种可能性都让人不安。
回到数字本身
其实说到底，银河系外有多少行星这个问题，目前没有一个精确的答案，也不可能在短时间内有精确答案，我们探测银河系内行星的技术已经挺成熟了，但河外行星的探测还处于“偶尔幸运地捕捉到一次信号”的阶段。
但统计学给了我们一个足够可靠的推测区间：整个可观测宇宙里的行星总数，大概在10的22次方到10的23次方这个范围。
这个数字大到你没法真的理解它，我昨天想了一晚上，今天早上起来还是觉得不太真实，但转念一想，就在我打出这句话的这几秒钟里，宇宙里可能就有新的行星正在形成，有老的行星正在被恒星吞没，有行星上的风暴正在翻涌，也可能有什么东西正在某颗行星的夜晚抬头望向星空——虽然这概率极低极低，但在这么大的基数面前,概率再低的事件也会发生无数次。
我昨天从阳台回屋之后，查了一下仙女座星系的方向，它在秋冬季的夜里很明显，用肉眼就能看到，跟一小团模糊的云一样，你看向它的时候，两千多个银河系以外的行星候选体，绝大部分就在那个方向上，距离我们隔着250万光年的虚空，而仙女座星系不过是离我们最近的大邻居而已，可观测宇宙里还有两万亿个这样的“光斑”。
每一团模糊的光斑里,都可能有几千亿颗行星。
想到这里，我觉得昨晚那点睡不着,其实也挺值的。
参考资料：Dai X. et al., 2018, The Astrophysical Journal Letters; Di Stefano R. et al., 2020, Nature Astronomy; Conselice C. et al., 2016, The Astrophysical Journal; Bryson S. et al., 2021, The Astronomical Journal
