太阳系外的行星不好找

陈育和

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在30年前，人类尚不知道太阳系外还有没有行星存在。直到1991年，天文学家才检测到一个围绕着脉冲星旋转的行星。4年后，又有科学家发现了一颗围绕着一颗类似太阳的恒星运转的行星，将其命名为飞马座51b。

如今，已有800颗太阳系外行星被发现并确认，还有约2000颗行星有待仔细辨认和确定。天文学家约翰·约翰逊和乔纳森·斯瑞福特认为，整个银河系中的大部分恒星都有至少一颗行星围绕，整个银河系有大约1000亿颗行星。通过对太阳系外行星的研究，我们可以了解行星体系的形成和演化，寻找外星生命。

科学家最先发现的太阳系外行星都是类似木星的巨大的气态行星，上面不可能有生命存在。后来，随着太空研究和空间观测技术的进步，我们开始发现更多较小的行星，很多只有地球2倍至6倍大小的系外行星也被发现了。不过天文学家最想找的是体积和地球差不多、处于它们围绕的恒星的适当位置，即宜居区，有适宜生命存在的最基本条件的行星。

2013年，开普勒太空天文望远镜在天琴座发现了两颗类地行星，一颗体积是地球的40%，另一颗是地球的60%，但它们距地球有1200光年，目前还没法对它们进行深入研究。

美国航空航天局太阳系外行星科学研究所设在加利福尼亚理工学院，主要进行太阳系外行星研究。一部分研究人员忙于搜寻行星，而另一些人，像行星天文学家希瑟·克奴森等人，则在研究这些行星的大气层特征。

移动的目标

2012年，约翰逊的研究小组发现了3颗围绕一颗较小的、相当昏暗的红矮星KOI-961旋转的行星，这是第一次在红矮星周围发现岩石小行星，也是目前发现的最小的太阳系外行星。

搜寻太阳系外行星最常用的方法是中天法，也叫凌日法。当行星掠过恒星朝向地球的一面时，这颗恒星的亮度会有微弱下降。通过检测其亮度下降幅度，可以推算出这颗行星和它绕行的恒星的体积比例。行星越大，阻挡的恒星光越多，恒星亮度下降就越大。所以，恒星越大，围绕它运行的小行星便越难被发现。

在该研究中心观测的15万颗左右的恒星中，红矮星只占3%，它们位于距地球数百到数千光年之外的银河系一角。天文学家认为，在整个银河系恒星中，红矮星占70%。约翰逊认为，在银河系昏暗的红矮星周围，几乎没有潜在的生命栖息地。红矮星不能滋养能产生生命的行星。

有两个太阳的地方

长期进行太阳系外行星研究的科学家斯蒂芬·科恩和博士后那塔利·西科尔一直着迷于另一种恒星系统，即联星系统。在这个系统中，有两个或更多恒星相互围绕旋转，行星则围绕这个联星系统旋转。他们通过计算机模拟计算，认为这种联星系统中存在宜居带的可能性更高。

西科尔和科恩根据联星体系中两个恒星的质量、亮度和它们之间的距离等数据，重新计算了已知的联星系统内的宜居带，发现体积相近的恒星组成的联星系统的宜居带是花生状的。科恩建立了一个庞大的太阳系外星系宜居带数据库，收集了已经计算出的宜居带资料。

目前，科恩主要用三种方法检测太阳系外行星。第一种是微引力透镜法，通过检测系外星系的恒星引力造成的光线弯曲，绘制遥远的恒星的图像。第二种就是前面提到的凌日法。第三种是径向速度测试法，通过测量围绕着恒星旋转的行星所造成的恒星抖动，捕捉行星的存在信号。科恩是唯一一位可以同时运用这三种方法计算行星运行轨道的人。

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4红矮星KOI-961已知的3颗行星（上）和木星最大的4颗卫星（下）比较

凌日法主要用来计算恒和行星的体积比例，径向速度测试法主要用来测量行星的质量。通过这些信息，可以计算出某个行这幅艺术构想图显示银河系内的恒星有行星环绕是很普通的事。微引力透镜星的平均密度，据此获得这个行星的基本成分信息。收集该行星在其恒星背面抖动（次食）的数据，并以不同波长绘出图像，便可初步绘制出该行星的大气层图谱。有了这种图谱，就能尝试算出该行星更详细的成分构成及其表面温度。通过测量该行星凌日时的亮度，推算其大气层吸收了恒星哪些波长的光。由于不同的分子会吸收不同波长的光，根据这些数据，可以计算出该行星更详细的大气构成情况。

捕捉这些微弱的信号，主要依赖美国航空航天局的斯皮策空间望远镜和哈勃太空望远镜。克努森和她的同事目前正在探测更大的行星。“我想知道，和木星大小相当、表面温度高达1000K的行星看起来是不是都一样。这些行星的大气层中诸如甲烷和水的含量一样吗？它们都有云吗？”克努森说，“我们想了解更详细的信息，而不只是‘岩石星球和‘巨大气态星球的

简单分类。”

直达路线

琳妮·希伦柏兰德在用另外的方法检测这些信息，她依靠的是名为“1640工程”的高清晰成像系统。“1640工程”是为帕洛玛天文台的霍尔望远镜特别设计的，可以让天文学家直接收集较近的太阳系外行星的广阔光谱，不论这些行星距离自己围绕的恒星是远还是近。

经过10多年的开发研究，“1640工程”于2012年6月开始了它的观测，并且很快就有了成果。至今为止，它已经搜集到了4颗过去已知的围绕恒星HR8799（这个恒星也出自飞马座）旋转的行星的光谱。这颗恒星地球129光年，它的4颗行星的体积是木星的5到10倍。

琳妮·希伦柏兰德说：“在采集行星的光谱时，必须挡住恒星的强光。有些年轻的恒星，其亮度是围绕其运行的行星的100万倍。”

该计划的提出者是原美国自然科学史博物馆的博士本·奥本海默。奥本海默为美国空军研发了自动电光望远镜。位于帕洛玛的研究机构拓展了奥本海默的设想，用霍尔天文望远镜和精密的适应性光学仪器系统，使地球大气层对望远镜的影响降到最低。美国喷气动力实验室的工程师给霍尔天文望远镜后端装上了附加的计算机硬件，进一步减弱了地球大气层的干扰，并校正了折射和散射光误差。在该仪器的中央，有一个日冕仪，以阻挡来自恒星的强光，还有一个光谱仪，经过仔细处理，便可提取出行星天体的信号。再过几年，“1640工程”将完成对200多个比太阳更炽热的恒星系统的观测，不过，能否找到更多的类地行星，就很难说了。

5红矮星KOI-961的3颗行星及著名类地行星开普勒20e、开普勒20f与地球（右二）、火星（左一）的体积比较。endprint