宇宙有多少恒星

当我还是个男孩的时候，我能说出来的行星就只是我们太阳系中的天体。其中包括我们最熟悉的四颗岩石行星、四颗气态巨行星，以及一些卫星、小行星、彗星和柯伊伯带的天体(柯伊伯带天体只包括当时的行星冥王星和它最大的卫星卡戎)。
所有这些都只限于我们太阳系这个小家庭，而我们小时候熟知的九大行星，在2006年IAU重新定义了行星之后，冥王星就被贬为了矮行星，所以我们这个小家庭目前只剩下了八大行星。随着我们年龄的增长，知识的丰富，我们发现原来太阳只是银河系中2000亿到4000亿颗恒星中的一颗，仰望星空，我们不禁会想，银河系中这么多恒星它们会有多少颗行星啊？我们的宇宙中会有多少行星呢？
银河系中恒星系统的存在方式
几十年前，关于银河系中行星数量的讨论大多只是推测，而我们更多关注的是我们银河系中的恒星，在我们的星系中，恒星的大小、质量、颜色千差万别。我们的太阳只是七个主要恒星类型中一颗G级恒星。看下图：
上图中我们可以看到我们太阳的光度处在相对昏暗的一侧，我们在夜空中用肉眼看到最多的恒星属于O、B和A级恒星，以及高度演化的红巨星。因为它们都有着很高的光度，所以它们挂满了整个夜空！事实上，在夜空中离我们最近的恒星比邻星除非用中型及以上的望远镜才能看到它，因为比邻星是一颗比较暗的M级红矮星。
事实上，我们的太阳比银河系中95%的恒星质量和光度都要高。红矮星M级恒星的质量在太阳质量的8%到40%之间，银河系中每4颗恒星中就有3颗是红矮星。
更重要的是，我们太阳系属于单星系统，太阳不受其他恒星的引力束缚。但是在银河系中这并不是恒星系统存在的唯一方式。
恒星的存在方式最普遍的是两颗双星系统，三颗三星系统（三合星），甚至是包含数百至数十万颗恒星的恒星群或星团，我们太阳系的单星相对来说比较特殊。
银河系中行星的数量
如果我们想准确估计银河系中有多少颗行星，我的观点是:我们不能用我们在一部分恒星中发现的行星数去乘以银河系中的恒星数量。这是我们在缺乏证据的情况下做出的一个天真的估计。这样的估计将给我们的银河系带来大约2到3万亿颗行星。(这还不包括行星的卫星!)
但是在过去20年里，我们一直在用各种不同的方法探索银河系中行星的数量，其中最多产的两种方法是“恒星摆动”法和“凌日法”。
恒星摆动法是通过观察一颗恒星在很长一段时间内的引力“摆动”，我们就可以大致推断出恒星系统中行星的数量以及行星的质量和半径。
凌日法，既通过观察来自遥远恒星的光被经过它前面的行星盘部分遮挡的情况来判断恒星的行星数量。
但是，当我们用凌日法预测行星时，我们却看不到绝大多数的行星。以美国宇航局(NASA)的开普勒(Kepler)任务为例，该任务通过同时观察10万颗恒星的光度，检测是否有凌日现象，却只发现了成百上千颗行星。难道每百颗恒星中只有那么几颗行星吗？
这明显是不可能的，考虑一下如果开普勒在观察我们的太阳系，而我们的太阳系相对于开普勒的视角是随机定向的，行星横跨恒星的概率由视线方向的轨道大小和恒星大小决定的，这种排列的可能性足以观察到太阳被行星凌日。
开普勒在短时间内只能发现太阳系不到一半的行星，因为水星和火星太小，这意味着它们阻挡的太阳光不足以被我们的行星探测器检测到，而四颗外部巨行星，尽管它们的尺寸很大，但外部行星需要花费很长的时间才会绕轨道一周，如果要让开普勒观察至少两次以上的凌日现象，这需要花费很长的时间。而至少观察两次凌日现象这是将一个天体命名为“候选行星”的必要条件。
所以这意味着如果开普勒在同时观察10万颗与太阳相同的恒星时，它在短时间内只会发现410颗恒星周围总共只有700颗行星。所以这需要很长的时间去观测，而且开普勒只能观测到像地球大小以上的行星。
到今天为止，开普勒已经发现了11000多颗恒星，这些恒星周围总共有18000多颗潜在行星，其中每颗恒星至少有一颗候选行星，周期从12小时到525天不等。我们从中了解到了什么:
银河系中有各种各样的行星系统，其中大多数与我们太阳系不同
行星围绕着各种各样的恒星运行，包括双星系统和三星系统
我们可能只观察到了最够大，离恒星足够近的行星
你可能看到过说银河系中至少有1000亿到2000亿颗行星，这不是一个行星数量的估计值，而是一个数量的下限值，相反，如果要做一个初步估计的话，我们会得到一个数量级更高的数字，那就是在银河系中有近10万亿颗行星!
这个数字甚至不包括所谓的流浪孤星，它们没有围绕母恒星运行。如果我们把这些也算进去的话，我们星系中的行星数量很可能会增加100万倍，这意味着在我们的星系中可能有10^19个行星。
换句话说，根据我们目前所看到的情况，几乎所有的恒星都拥有自己的行星，而根据我们所看到的那些恒星的内部系统，其中很大一部分，尤其是M类恒星很可能在其内部系统中拥有比我们太阳系还要多的岩石行星，更不用说外部行星系统了!
我们宇宙中有多少颗行星
随着时间的推移，我们将会继续完善我们的行星探测系统，进一步精确我们的估计值，我们的太阳系的行星数量，可能会略高于银河系恒星系统中行星数量的平均水平，或者略低于平均水平；我们目前还不确定。但是不管它朝哪个方向发展，我们首先要清楚的是银河系中行星的数量，而我们的银河系在宇宙中只是一叶孤舟。
宇宙中至少有2000亿个星系(甚至更多)，所以我们很有可能谈论的是一个由大约10^25颗行星组成的宇宙。对于那些喜欢看到巨大的数字被完整地写出来的人来说，这是个机会！在我们可观测的宇宙中，大约有10000,000,000,000,000,000,000,000颗行星，而这只是一个目前估算的下限值！所以下次有人问你银河系、宇宙中有多少颗行星，请你不要慌张，你就抡圆了说,只要高于下限值，都是正确的。
我们要相信这个数字只会变得越来越准备，我们在寻找宇宙中有多少行星的同时，让我们继续寻找，有水、有氧、有生命的迹象的星球！