问题

宇宙有多少个星球?

回答
这个问题可以说是宇宙最令人着迷也最难回答的问题之一了。我们无法给出一个确切的数字,但是科学家们通过各种观测和推算,得出了一个极其庞大、几乎难以想象的数字。

让我试着为你详细地描绘一下这个问题背后的逻辑和我们目前所能理解的范围。

首先,我们要明确“星球”的定义。 在我们日常的语境中,“星球”常常指的是像地球、月球这样围绕恒星运转的球状天体。但从天文学的角度来说,这个范围可以更广。我们通常讨论的“星球”更准确的说法是行星(Planet)。行星是围绕恒星(Star)运转,具有足够质量使其自身引力克服刚体力而呈圆球状,并且已经清空了其轨道附近区域的质量体。

那么,宇宙中有多少行星呢?这取决于两个关键的未知数:宇宙中有多少恒星,以及每颗恒星有多少行星。

第一块拼图:宇宙中有多少恒星?

这是我们进行估算的第一步。要回答这个问题,我们不能直接数出每一颗恒星,因为即使是我们肉眼可见的恒星,数量也已经非常庞大。天文学家们是通过统计和推断来估算恒星数量的。

从我们所在的星系开始:银河系。 银河系是一个盘状的螺旋星系,包含了大约1000亿到4000亿颗恒星。这是一个非常粗略的范围,因为恒星的类型和大小差异很大,有些非常明亮易于观测,有些则非常暗淡,隐藏在星际尘埃之中。
从星系的数量推算:可观测宇宙。 我们的太阳只是银河系中无数恒星中的一员。更重要的是,银河系也只是宇宙中无数星系中的一个。通过哈勃太空望远镜等强大的观测设备,天文学家们已经探测到了数量惊人的星系。根据哈勃的观测数据,科学家们估计在可观测宇宙中,大约存在1000亿到2万亿个星系。请注意,“可观测宇宙”是指我们能够接收到光线的时间限制内的宇宙部分。宇宙本身可能比这更大,甚至可能是无限的。

现在,将这两项数字相乘,我们就得到了一个初步的估算:

恒星数量 ≈ (星系数量) × (每个星系中的恒星数量)
如果我们取一个中间值,比如1万亿个星系,每个星系平均有2000亿颗恒星,那么恒星的总数就是:1,000,000,000,000 (星系) × 200,000,000,000 (恒星/星系) = 2 x 10^23 颗恒星。
如果按更高的上限计算(2万亿星系 x 4000亿恒星/星系),这个数字会更大。

这是一个什么概念呢?2后面跟23个零!比地球上所有沙粒的总和还要多得多。 这只是可观测宇宙中的恒星数量。

第二块拼图:每颗恒星有多少行星?

这个问题相对来说更难回答,因为我们直到近几十年才有能力可靠地探测到太阳系以外的行星,也就是系外行星(Exoplanet)。早期的系外行星探测主要集中在离我们较近、恒星较大的行星上,这些行星更容易被发现。

然而,随着技术的进步,我们已经发现了数千颗系外行星,并且通过统计分析,科学家们对系外行星的普遍性有了更深入的了解:

行星系统并非罕见。 早期的发现让人觉得系外行星可能是宇宙中的“稀客”,但后来的观测表明,拥有行星系统的恒星非常普遍。
大多数恒星可能拥有至少一颗行星。 目前的研究倾向于认为,几乎所有的恒星都拥有行星系统。换句话说,每颗恒星平均拥有至少1到2颗行星,甚至更多。
行星的种类繁多。 我们已经发现了各种各样的系外行星,从比地球小的岩石行星,到比木星巨大的气态巨行星,还有介于两者之间的“超级地球”和“迷你海王星”。这些发现也帮助我们理解行星形成的普遍规律。

现在,我们来组合这两块拼图,进行最终的估算:

行星数量 ≈ (恒星总数) × (每颗恒星平均拥有的行星数量)

基于我们之前估算出的恒星数量(大约在 10^23 数量级),并且假设每颗恒星平均拥有至少1到2颗行星,那么宇宙中的行星总数将是:

行星数量 ≈ 2 x 10^23 (恒星) × 1 (行星/恒星) = 2 x 10^23 个行星 (保守估计)
行星数量 ≈ 2 x 10^23 (恒星) × 10 (行星/恒星) = 2 x 10^24 个行星 (更普遍的估计)

这意味着,我们讨论的行星数量,同样是 2 后面跟着 23 个零,或者 24 个零的量级。

为什么我们无法给出确切数字?

探测限制: 我们能观测到的宇宙是有限的。即使在可观测宇宙内部,我们也有能力限制。很多微小的、暗淡的行星,或者离我们非常遥远的行星,目前都无法被探测到。
恒星数量的不确定性: 即使是可观测宇宙的恒星数量,也存在相当大的估算误差。暗淡的恒星(如红矮星)数量庞大,但它们更难被发现。
行星系统复杂性: 每个恒星系统拥有的行星数量和类型差异很大。我们对许多恒星系统的了解还非常有限。
宇宙本身的未知: 如果宇宙是无限的,那么其中的恒星和行星数量也将是无限的。我们目前讨论的数字,都是基于“可观测宇宙”这个我们能够探测到的范围。

总结一下:

我们无法精确地说出宇宙有多少个星球(行星)。但根据目前的科学认知,我们可以非常肯定地说,这个数字是极其巨大,难以用语言形容的。数量级可能在 10^23 到 10^24 甚至更高。 这意味着在茫茫的宇宙中,存在着我们难以想象数量的行星,它们可能形态各异,也可能其中有许多拥有适合生命存在的条件。

这个数字本身就充满了敬畏感,提醒着我们宇宙的浩瀚与深邃,以及我们对它的探索才刚刚开始。每一个数字都代表着一个潜在的世界,一段未知的历史,和无数的可能性。

网友意见

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可观测宇宙中可能有数百万亿亿到数亿亿亿个可以叫做“星球”的天体。

宇宙的不可观测部分的状况目前未知,“整个宇宙”可能是无限的、含有无限个天体,那就不多说了。

可观测宇宙中约有 10^22 到 10^24 颗恒星[1]。每个恒星周围平均而言可能有数个能称做“星球”的行星、褐矮星等天体,算上矮行星可能增加一两个数量级。

不围绕恒星的“流浪行星”与“流浪褐矮星”的数量可能和恒星在同一数量级。

太阳系的小行星带有 110 万到 190 万个直径大于 1 千米的天体[2],柯伊伯带的情况还没有很好地调查过。大体上,你可以认为每颗恒星周围可以有数万到数百万个直径大于 1 千米的天体。若这些也算“星球”,星球数量的数量级可以堆到 10^26 到 10^30。

参考

  1. ^ https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Herschel/How_many_stars_are_there_in_the_Universe
  2. ^ https://solarsystem.nasa.gov/asteroids-comets-and-meteors/asteroids/in-depth/#many_shapes_and_sizes_otp

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