系外行星真相

2017-06-27刘声远

大自然探索 2017年6期

刘声远

太阳系外的行星是什么模样？科学家才刚开始有所知道

科学家发现的系外行星（太阳系以外的行星）数量，就像涓涓细流已变成滚滚洪流。从发现第一颗系外行星以来才不过20几年，地面和空间观测技术的进步就让已发现的系外行星数量飙升至2000颗以上。这些系外行星中包括“热木星”“超级地球”及其他奇异类型的行星。这些在太阳系中没有的行星类型，逼迫科学家把他们有关行星系统形成和演化的理论推倒重来。

然而，对系外行星的发现又可以说是刚刚才开始。在系外行星的搜寻方面，科学家正强力推进又一个重要阶段：查明这些世界长得什么模样。大多数搜寻系外行星的技术，除了能告诉我们行星质量、大小和轨道参数外，能揭示的其他信息少之又少。系外行星究竟是像地球这样的岩石行星，还是像木星那样的气态巨行星？系外行星的温度很高还是很低？系外行星的大气层由什么组成？它们的大气成分中，像水、甲烷和氧这样的分子的比例是否独特而又不稳定，因而可能是生命活动的迹象？

“双子座行星成像仪”

要想探寻诸如此类问题的答案，科学家能够使用的唯一可靠工具就是光谱学：运用光谱学，科学家能分析直接来自行星表面的光线的波长，或者穿过行星大气层的光线的波长。每种元素或分子通过光谱摄像仪都会产生一个特殊的“线条”模式——光发射造成的尖峰，或在已知波长的光吸收造成的骤降。这样一来，通过观察一个遥远天体的光谱线，科学家就能解读这个天体上有什么物质。

但光谱学通常要求能清楚看见物体，这对系外行星来说几乎不可能。通常，我们是看不见系外行星的。不过，当一颗系外行星正面经过其所环绕的母恒星（太阳就是地球的母恒星）时，母恒星亮度会极小程度地降低，这就暗示了系外行星的存在。另外，虽然系外行星不可见，但其引力会造成其母恒星很轻微地前后摇晃，而这种摇晃也揭示了系外行星的存在。科学家经常说，要想探索系外行星，就好比是凝视一盏探照灯（恒星），并且试图发现一只在探照灯附近飞的萤火虫。

然而，在观测系外行星方面，科学家近年来已有一些进展。当系外行星正面经过其母恒星时，一些科学家提取了穿透系外行星大气层的光线的光谱。这相当于当一只萤火虫掠过探照灯的光柱时，测量萤火虫的翅膀颜色。另一些科学家则想法阻挡母恒星的光线，从而得以看见位于遥远轨道中的系外行星，直接记录它们的光谱。

过去3年中，科学家开始记录来自新一代定制天文观测仪的光谱。位于智利帕切翁山顶峰的南双子座望远镜（直径8.1米）的“双子座行星成像仪”，就是一台新一代定制天文观测仪。正在研发的多部太空望远镜和地面望远镜，都把系外行星光谱作为首选探测目标。而科学家更渴望的是美国宇航局的“詹姆斯·韦伯太空望远镜”（简称JWST），它将于2018年发射，届时它将以前所未有的光采集能力和灵敏度实施探测。