开普勒太空望远镜及系外行星探索（上）

郭红锋

寻找系外行星

系外行星，一般指太阳系外围绕其母恒星（或称宿主恒星）公转的行星，近年来科学家又发现了一些流浪行星（或称星际行星，即不围绕任何恒星公转的行星）和一些围绕致密星（例如白矮星、中子星、黑洞）公转的行星，它们都处在太阳系外，故称系外行星。

千百年来，人们仰望星空，一直遐想着天上的星星里也居住着跟我们一样的人类。近代科学的发展让我们知道，那些闪闪发光的星星（恒星）都处于温度极高，正在发生着核反应的状态，其中的物质形态不是地球上常温下的固态、液态、气态等分子原子组合的状态，而是分离成为等离子或更致密的极端状态，那种情形下是不能存在生命这样高分子组合状态的。于是，人们开始寻找类似地球上的适合生命存在的环境。在太阳系内，我们对能探测到的各行星、矮行星、小行星、彗星等都进行了广泛的探索和环境分析，到目前为止，只有地球的环境能够适合生命的存在。这就引发了人们用高科技的手段去寻找类似地球环境的太阳系外的类地行星。

1995年10月6日，瑞士天文学家Michel Mayor和Didier Queloz使用法国上普罗旺斯天文台的望远镜发现了一颗太阳系外行星（后命名为飞马座51b）在环绕恒星（飞马座51）运行。这是第一颗被确认的太阳系外行星（此前也有科学家宣称发现了系外行星，但由于种种原因没有被确认），因此具有里程碑意义。从此，天文学家投入了各种望远镜，尝试了各种技术手段，每年都有新的地外行星被发现。

系外行星的探索方法

視向速度法

当行星围绕恒星公转时，它所产生的引力会对恒星造成轻微的扰动，就如同链球运动员投掷时要人和球一起绕转，人的质量大，在互相运动中位移很小。行星绕恒星转动时也会影响恒星产生微小位移。恒星的这种有规律的微小位移，会导致我们测量到的恒星的光线发生多普勒效应（在我们视向方向上，朝向我们而来的光波发生蓝移，离开我们而去的光波发生红移）。早期发现的系外行星，多用这个方法，例如前文提到的飞马座51b。

凌日（星）法（或称掩食法）

探测太阳系外行星的凌日方法，是目前比较常用也比较有效的发现系外行星的手段之一。简单说，就如同我们在地球上观察水星或金星，有时候看到它们像一个小黑点一样从日面前面经过，可遮挡日光，减少正常日光约几万分之一。这么微小的太阳光度的变化，用现代的高科技仪器是可以探测出来的。同样，当某颗行星运行到宿主恒星和地球之间时，它的身影就会将宿主恒星的一小部分光遮住，导致后者亮度发生微弱的变化。这种变化极其微小，但是通过现代高精度的设备还是能测量到的。

虽然凌日法是一种非常有效的手段，但它也有一些限制，那就是地球必须位于这颗行星公转轨道所在的平面上。只有在这种情况下，系外行星才有机会运行到地球和宿主恒星之间，给宿主恒星的亮度带来变化。如果我们发现某颗恒星有这样的变化，并且变化具有规律性，那就意味着它周围极有可能存在着围绕它公转的行星。

直接成像法

前面说的都是间接观测的方法。也就是说，科学家并没有直接观测到系外行星本身，而是通过它引起的各种现象来推测它的存在。那么，我们能不能直接观测系外行星呢？答案是可以，但非常困难。

因为行星本身不发光，如果系外行星太靠近宿主恒星，那就很容易被宿主恒星的光芒所掩盖;如果离得远了，接收到宿主恒星的光芒就太少，反射的光更少，同样无法被我们直接成像。只有极少数各种参数都恰到好处的系外行星能够被我们直接成像，比如2M1207b，是第一颗，也是迄今为止极少数被直接成像的系外行星之一。

近年来，科学家还不断地发展出一些其他搜寻系外行星的方法，例如天体测量法、脉冲星计时法、引力透镜法、狭义相对论法等，此处略去。