图解系外行星发现史（2）

文/ 叶楠

世纪之交的系外行星发现

飞马座51b的发现标志着在其他恒星周围也有行星的存在。不过飞马座51b是一颗表面为气态的行星，质量大约是木星的一半。由于距离母恒星很近，轨道半径只有不到800万千米，相当于日地距离的二十分之一。在这个距离下它的表面温度高达1000℃。可以想象，这样的条件下是不可能有类地球生命存在的。不过，飞马座51b发现的意义在于证明了行星并不是只有太阳周围才有的特产，在这个广袤的银河系中其他恒星周围也是有行星存在的。同时，飞马座51b的发现也激励了天文学家们进一步探索系外行星的热情，在后来的日子里，不断有更加奇特，甚至是类似地球的系外行星慢慢被发现。

发现第一颗双星系统的系外行星

巨蟹座55是一个距离我们约40光年远的双星系统，由一颗光谱型为K型的橙色恒星和一颗小一些的M型红矮星组成。1996年，美国天文学家巴特勒和马西利用视向速度法发现了这颗系外行星，这是历史上发现的第四颗围绕主序星公转的系外行星，也是第一颗在双星系统中发现的系外行星。不过，巨蟹座55b的公转轨道比两颗恒星之间的距离更近，也可以说它只围绕其中一颗恒星公转。巨蟹座55b同飞马座51b类似都是表面高温的类似木星的气态巨行星。后续在这个双星系统中又陆续发现了4颗系外行星。图中深蓝色的那颗为巨蟹座55b。

发现第一颗围绕红矮星公转的系外行星

格利泽近星星表是由德国天文学家格利泽于1957年发表的一个星表，收录了近千颗距离地球在20秒差距（约65光年）内的恒星，后续又逐渐将距离范围扩大到25秒差距。由于我们现在发现的系外行星大都也是距离较近恒星周围的，所以后续可能会经常看到格利泽编号的天体出现。格利泽876是一颗距离地球只有约15光年的红矮星，1998年，天王学家发现了一颗围绕其公转的系外行星格利泽876b，它可以说是一颗大号的木星，其质量大约是木星的2倍，虽然它距离格利泽876只有0.22天文单位，但由于格利泽876辐射的热量有限，因此格利泽876b的表面温度只有约-79℃。图为格利泽876b的艺术想象图。

第一颗预测有水蒸气的系外行星

HD 209458b是发现于1999年的一颗系外行星，同样也是一颗表面炽热的巨型气态行星。这颗系外行星距离母恒星轨道半径只有约700万千米，相当于水星轨道半径的八分之一。距离恒星如此之近使得它的一年只相当于地球上的3.5天，同时表面温度高达1000℃以上。它还是第一颗既通过视向速度法也通过凌星法发现的系外行星，2005年，斯皮泽空间望远镜甚至还直接接收到了它的红外辐射。2007年，天文学家还根据模型推测在它的大气中有水蒸气的存在。图为HD 209458b的艺术想象图。

发现第一颗围绕红巨星公转的系外行星

天龙座ι是一颗年龄大约只有8亿年的恒星，不过由于它的质量大约是太阳的1.82倍，在恒星世界中质量越大演化速度越快，它已经演化到了主序阶段末期，逐渐膨胀成一颗红巨星。它的直径约是太阳的12倍，表面温度约4200℃，视星等3.3等，是一颗肉眼可见的恒星。2002年，在这颗巨星边上发现了一颗系外行星天龙座ιb，同它围绕公转的恒星类似，天龙座ιb也是一个大块头，它的质量是木星的8.8倍。

发现第一颗围绕主序星的类地行星

在巨蟹座55周围的系外行星中，有一颗显得与众不同，它的个头比其他几颗更小，颜色也更黯淡，它就是距离巨蟹座55最近的那颗系外行星——巨蟹座55e，也被称为“超级地球”。2004年，天文学家发现了这颗直径约是地球1.9倍，表面为固态的系外行星。它的公转轨道半径只有约230万千米，公转一周只相当于地球上的17.7个小时。在它白天一侧表面温度高达2400℃以上，即使在夜晚一侧也高达1300℃。虽然条件恶劣堪比地狱，但这是人类发现的第一颗围绕其他主序星公转的类地行星。图为艺术家描绘的巨蟹座55e上的日出。

另一颗超级地球

同巨蟹座55拥有多颗系外行星类似，天文学家在格利泽876周围也发现了4颗系外行星，其中距离恒星最近、质量最小的一颗是2005年发现的格利泽876d，它的质量据估计是太阳的6.83倍。据推测，它曾经很可能是一颗距离恒星较远的气态行星，之后逐渐向恒星接近。在这个过程中行星表面的物质被日冕物质抛射吹走，慢慢演变成一颗具有大气的固态行星。我们将这种质量比地球更大的固态行星统称为“超级地球”。当然这个场景还只是猜测，尚需更多观测数据证实。格利泽876d的轨道半径只有310万千米，不过由于它围绕公转的是一颗发光能力有限的红矮星，所以行星表面温度与巨蟹座55e相比要凉快很多，只有约600℃。图为艺术家描绘的在格利泽876d表面看到的场景。

已知最寒冷的系外行星

OGLE-2005-BLG-390Lb是一颗位于银心方向距离我们约21500光年远的系外行星，于2006年利用智利拉西亚天文台的1.54米望远镜通过微引力透镜法发现的，它围绕一颗质量只有0.22倍太阳质量的红矮星公转。由于这颗行星编号实在太长，通常我们称它为“霍斯”，这个名字来自《星球大战》中一颗完全被冰雪覆盖的行星“霍斯”。“霍斯”非常寒冷，表面温度大约只有-220℃，这使它成为已知最冷的天体之一。它的质量大约是地球的5.5倍，公转一周约需要3500天。图为“霍斯”的艺术想象图。

第一颗被证认位于宜居带内的系外行星

格利泽581是一颗质量只有太阳三分之一的红矮星，是已知距离我们第89近的恒星，位于20光年外的天秤座方向。从2005年发现格利泽581b至今，在这颗红矮星附近已经发现了多颗系外行星。图为格利泽581系外行星系统和太阳系的对比图像，可以看到，格利泽581的几颗行星轨道半径都比水星更接近恒星。字母b、c、d、e、g只是代表每颗系外行星的发现时间顺序。格利泽581d是其中质量最大的一颗。更重要的是，天文学家发现它位于格利泽581的宜居带附近，也就是说它的表面有可能有液态水的存在。这颗“超级地球”如果真的有水，那距离寻找第二个地球的目标似乎更近了一步。

宜居带

宜居带是指环绕恒星的部分轨道范围，在这片区域中的类地行星表面温度适宜，能够维持液态水的存在。液态水对于地球生命的重要性不言而喻，所以在系外行星搜寻过程中定义了宜居带这个概念，用来确定那些和地球有着类似空间环境的系外行星。这片区域的大小范围也和恒星有着莫大的关系，如果恒星是一颗质量比太阳更小的红矮星，那么宜居带的轨道半径就要远远小于太阳附近的宜居带轨道半径。图为格利泽581系外行星系统，其中格利泽581g位于宜居带的中间位置，与地球在太阳系中宜居带的位置相仿。但是关于这颗系外行星的发现仍然没有得到最终的证实，还需要更多的观测支持。

到2000年，人类共发现了32颗系外行星，其中28颗利用视向速度法发现，4颗利用脉冲星计时法发现。进入新世纪后的前十年发现系外行星379颗。虽然视向速度法还是占据发现的主要地位，但凌星法逐渐后来居上，直接成像法、微引力透镜法也开始逐渐崭露头角。新世纪第二个十年，系外行星的发现开始加速，截止到2022年底共发现系外行星5235颗。下期我们将介绍不同的系外行星发现方法及与之对应的发现系外行星的特点。