我清楚地记得,我们曾经只知道宇宙中有九颗行星。
1992年的第一天就是这种情况,但仅仅一周后,一切都改变了。在那一年的1月9日,天文学家宣布发现了首批系外行星——围绕太阳以外的恒星运行的世界。这些新行星非常奇特,以至于很难理解它们如何深刻地改变了我们的宇宙背景:它们围绕脉冲星运行,脉冲星是一颗快速旋转、超高密度、城市大小的恒星残骸,是一颗巨大的恒星作为超新星爆炸后留下的。虽然这非常有趣,但并不完全令人满意。脉冲星是最不像太阳的恒星,而我们,作为无可救药的以自我为中心的人类,更喜欢找到更像家的地方——围绕更像我们太阳的恒星运行的行星。
然后,在1995年,天文学家宣布他们发现了一颗:飞马座51b,一颗木星大小的行星,围绕一颗在大小、质量和年龄上与我们的太阳非常相似的恒星运行。
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飞马座51的距离仅略超过50光年,是一颗肉眼可见的恒星。
它不容易被发现——星等为 5.5,您需要在黑暗的地点和无月的夜晚才能看到它——但这确实提出了一个有趣的问题:有多少肉眼可见的恒星拥有行星?正如我们将看到的,要明确回答这个问题出乎意料地具有挑战性,因此让我们稍微改述一下:有多少肉眼可见的恒星拥有我们已知的行星?
找到答案似乎易如反掌,因为您可以在诸如NASA 系外行星档案之类的数据库中查找,该档案提供了关于外星世界的宝藏般的信息。在 NASA 的数据库中搜索围绕肉眼可见的恒星(即星等小于 6.0 的恒星)运行的行星,得出了一个非常具体的答案:183 颗。
然而,由于科学中没有任何事情是那么简单明了的,所以事情并非如此简单。例如,其中三颗行星仍然是官方未确认的,这使数量降至 180 颗。并且其中至少有 20 颗行星的质量大约是木星的 13 倍,木星是我们太阳系中最大和质量最大的行星。这意味着它们徘徊在被称为褐矮星的物体的边界,褐矮星比真正的行星更强壮,但没有足够的动力在其核心点燃核聚变成为真正的恒星。考虑到这一点,肉眼可见的恒星拥有已知系外行星的实际数量可能在 150 到 160 颗左右。
其中许多行星很容易看到,并且是天空中最亮的恒星之一。
这个样本中最耀眼的是毕宿五,一颗距离地球 66 光年的恒星,标志着金牛座的眼睛。它是一颗红巨星,一颗曾经很像太阳的恒星,但由于核心的氢燃料耗尽,正开始膨胀和死亡。它的行星,毕宿五 b,是一颗气体巨星,围绕恒星运行的距离与火星绕太阳运行的距离大致相同。鉴于这颗恒星的光度是太阳的 400 多倍,毕宿五 b 正在被烤熟。
北河三,双子座头部(另一颗是亮度几乎相同的北河二)的双星之一,是另一颗非常明亮的系外行星宿主。它距离我们 34 光年,比毕宿五更靠近地球,而且它也是一颗红巨星。北河三的行星,北河三 b,是另一颗气体巨星,它也正受到强烈恒星光的照射。
已知拥有行星的最近的肉眼可见恒星是天仓五,距离我们的世界仅 11.9 光年。它至少拥有四颗行星,质量范围约为地球的二到四倍。这些行星被称为超级地球——它们比地球更大更重,但可能仍然是类似于我们地球的岩石行星。其中一颗,天仓五 f,甚至在距离恒星合适的距离上运行,可能适合居住——在足够广泛的“宜居”定义下,是这样的。
然而,关于这个列表最有趣的事情是没有出现在列表上的恒星。最亮的毕宿五,也只是夜空中第 13 颗最亮的恒星。为什么我们没有在十几个更亮的恒星周围发现行星呢?
实际上有很多原因。其中一个原因是它们可能根本没有行星。其中许多恒星很难观测行星。例如,其中一些恒星本质上是变星,这意味着它们的亮度会波动,这可能会使系外行星调查变得混乱。五等星(不包括太阳)五车二至少是一个四星系统,四颗恒星彼此环绕运行。其中两颗是古老的、演化过的恒星,就像毕宿五和北河三一样,并且彼此靠得太近,以至于它们中的任何一颗都不太可能存在行星。也许一颗行星在更远的地方绕两者运行,但这尚未确定。
夜空中最亮的恒星天狼星没有已确认的行星。这可能是因为它是一颗双星,而且这两颗恒星在轻微椭圆形的轨道上相互运动,这可能会破坏行星轨道的稳定性。其中一颗恒星很久以前就消亡了,吹走了它的外层,变成了一颗致密而微小的白矮星。这样的事件可能不会完全破坏行星系统,但也绝对不是什么好事。虽然对天狼星系统中行星的搜索已经排除了任何质量远大于木星的行星,但质量较小的行星可能仍在等待发现。
在这个肉眼可见的系外行星“落选者”名单上的一个奇怪之处涉及到著名的恒星半人马座阿尔法星。它实际上是一个三星系统,其中两颗类太阳恒星彼此环绕运行,还有第三颗恒星,称为比邻星,距离更远。这个名副其实的比邻星是离我们太阳最近的恒星。尽管它很近,但它是一颗昏暗的灯泡,非常微弱,以至于需要一个像样的望远镜才能看到。经过密集的搜索,这两颗更亮的恒星都没有被证实拥有行星。然而,比邻星拥有至少两颗行星,并且强烈怀疑存在第三颗行星。因此,从某种意义上说,天空中最亮的星系之一,也是离我们最近的星系,拥有行星,但它们围绕运行的特定恒星是肉眼不可见的。虽然我不确定这是否符合我们的列表,但这仍然是一个很酷的情况。
鉴于大约有 9,000 颗肉眼可见的恒星,已知拥有行星的恒星所占的比例出奇地小。然而,这很大程度上可能是因为我们如何找到行星。到目前为止,大多数行星都是通过凌星法发现的,当我们碰巧看到行星的轨道侧对着我们时,这样一来,行星每次公转都会直接从恒星前方经过,并产生微型日食。我们从恒星看到的光量会少量下降,从而揭示行星的存在。
但正如这种碰运气的观测几何形状所暗示的那样,从地球上看,大多数行星永远不会凌星,这使得它们对于这种主力探测技术来说实际上是不可见的。因此,从统计学的角度来看,我们迄今为止的搜索错过了很大一部分现有行星。目前的估计是,实际存在的行星数量可能至少高出 10 倍。这一切有意义的结论是,星系中的大多数恒星可能都拥有行星。我们只是还没有看到它们——至少没有使用凌星法或任何其他各种方法,这些方法已将少量世界添加到我们的银河系统计中。
下次您在晴朗的夜晚外出时,想想这一点。您看到的几乎每一颗恒星都可能拥有行星。仅在银河系中就可能存在数万亿颗行星。从能够用两只手就能数清所有已知的行星,到对数千颗行星进行编目,再到假设存在数万亿颗行星,在过去的 30 年里,我们在世界普查方面取得了令人难以置信的进步。
如果说有一个天文事实让我的心跳加速,并充满惊奇和喜悦,那很可能就是它。