搜寻系外行星

既然宇宙中有些恒星周围拥有行星或者行星系统，那么以前人们为什么没有探测到它们呢？因为行星自身不发光，而只能依靠其表面反射母恒星的光线发光。由于其他恒星距离地球一般都很遥远，例如开普勒-452b与地球的距离达1400光年。光线在传播过程中随距离的平方增加而减弱，因此系外行星的反射光一般都极其微弱，常常被其母恒星的光辉掩盖而看不见。所以，虽然早在130年前（1855年）就有人宣称发现了系外行星，但直到1989年才首次证实质量为木星的10.98倍的HD 114762 b是一颗系外行星（这也是首次证实系外行星的存在）。而质量与地球相近、环绕脉冲星PSR B1257+12运行的天体，直到1992年才首次被确认。

首次宣布发现系外行星的是英国东印度公司马德拉斯天文台的雅各布。他宣称发现蛇夫座70双星系统的轨道出现异常，他还认为这是一颗类似行星的物体造成的。当时人们还没有系外行星的概念，因此这一发现被搁置下来。到了19世纪90年代，几位天文观测者提出，轨道异常意味着该系统中存在一个公转周期为36年的黑暗物体。随即有人反驳这种说法，认为这样的系统是不稳定的，不可能有周期性明显的稳定天体存在。因此，系外行星的先导性探索工作没有得到当时人们的认可。

1988年，加拿大天文学家布鲁斯·坎贝尔等人测量出仙王座γ周围有行星运行。但由于当时技术条件所限，包括发现者自己在内，天文学界都对此结果有所保留，甚至有人怀疑他们发现的不是系外行星，而是其他天体。然而，支持仙王座γ拥有行星的观测也不少。因此，最终在2003年运用改进了的观测结果证实了坎贝尔的结论。

2002年以后，系外行星的研究工作取得更多的实质性进展。至此，每年新发现的系外行星数量都在20颗以上。在得到观测的系外行星数量大量增加的情况下，出现了不同的行星种类。1991年，美国天文学家林恩等人运用脉冲星计时法，发现了一个围绕脉冲星1829-10转的脉冲星行星。1992年，波兰天文学家、美国宾夕法尼亚州立大学教授阿莱克桑德·沃尔兹森和加拿大多伦多大学学者戴尔·弗雷合作，发现了一个围绕PSR 1257+12转的脉冲星行星。他们还先后于1990年利用波多黎各阿雷西博天文台上的大型射电望远镜，发现了毫秒脉冲星PSR 1257+12和围绕它转的两颗行星，并且计算出它们的轨道半径分别是 0.36 和 0.47天文单位，质量分别是地球的3.9和4.3倍。这项发现迅速得到确认，还被普遍认为它们是首次确认的系外行星。

在这些研究的基础上，天文学家还探索了这些系外行星的来历，普遍认为它们是由超新星遗迹或巨型气体行星的固体核心在超新星爆发时被抛出后形成的。超新星爆发遗迹是老年恒星走向坟茔的一种归宿。老年恒星在走向死亡的过程中往往要发生爆炸，爆炸后大量外部气体膨胀到外层空间，形成不断膨胀的星际气体。恒星的内部核心形成大质量天体，留在原来的地方，被称为超新星爆发遗迹。超新星爆发遗迹常常就是自转很快的脉冲星。

瑞士日内瓦大学的米歇尔·麦耶和戴狄尔·魁洛兹在1995年10月6日宣布，他们发现飞马座51周围有一颗行星围着转。飞马座51是一颗主序星。所谓主序星，就是处在年轻时代的恒星。恒星也有形成、生长、壮大和死亡的生命史。恒星的一生需经过形成、青年和老年等过程，主序星是青壮年时期的恒星。我们的太阳就是一颗主序星。太阳大约能“活”100亿年，它现在的年龄大约是45.5岁，正处在精力旺盛的青春时期。我们所在的银河系的恒星，大多数是主序星。飞马座51周围行星的发现，表明系外行星不是稀有之物。目前估计，类似太阳的恒星中，10%周围有行星。

飞马座51周围发现行星，被认为是当代先进的系外行星研究工作的成果。先进的科技，特别是高精度的光谱学在系外行星研究中的应用，大大加速了新的系外行星的发现。这些新发展是借助于系外行星对母恒星的吸引而间接测量出来的，也是通过系外行星走到其母恒星前面挡住母恒星的光焰、导致母星光度减弱而发现的。这两种测量行星的方法，都来自对恒星中双星系统的测量。所谓双星系统，是指两颗恒星在相互引力作用下，互相牵引着绕其引力中心转的系统。两颗绕着转的恒星，都叫双星系统的子星。当两颗子星互相绕转时，就有一颗从另一颗后面走向它的前面。在地面观测者看来，这颗子星便向着观测者走来。相反，另一颗子星便离观测者而去。这一来一去，造成两颗子星在观测者视线方向的移动。这种移动会在恒星光谱上产生“红移”或“蓝移”。利用红移或蓝移，天文学家可以测量出恒星视线方向的运动。而另一方面，当恒星在相互绕转时，有可能像日食那样，出现一颗恒星走到另一颗恒星与观测者之间，从而挡住另一颗恒星的光线，造成被阻挡恒星的光线减弱。如果阻挡的星不是恒星而是行星，那么这颗挡住恒星光线的行星便是系外行星，而被挡住光线的恒星就是它的母恒星。通过观测母恒星光线的减弱，就能发现系外行星。

在系外行星研究方面的重大突破，得益于人类对它的重视和投资开发。其中最值得注意的，是美国宇航局所做的大量铺垫性工作。这个研究机构早在20世纪60～70年代就开始探索系外行星，当时它除了采用大型射电望远镜在地面寻找人类的地外兄弟外，还在其1972年发射的、飞往木星的“先驱者-10号”飞行器上夹带表明地球文明的外貌和位置的金属板，以及表示地球人友好情意的图片、声音等，希望在飞行器与“外星人”相遇时能起到联络与沟通作用。1977年，美国在其发射的两艘“旅行者”号探测器上，放置了一张特殊的唱片——“地球之音”，其中录制了地球上的几十个语种、地球上的各种自然声音，以及包括我国《高山流水》在内的27首古典名曲等，以问候“外星人”。

大量初期研究，在人员素质培养、资金和技术积累等方面都做好了准备。因此，从2002年起，每年发现20多颗系外行星。到2013年7月12日，已经确认的系外行星总数达910颗。到2014年3月5日，被认定的系外行星总数为1078颗。这些行星分属815个行星系，其中179颗属于一颗恒星周围拥有多个行星的行星系统。2014年9月24日，借助美国的多部太空望远镜，天文学家首次在一个海王星大小的太阳系外行星上发现了水蒸气。这是人类发现有水蒸气存在的最小的系外行星。这颗行星位于天鹅座，编号为HAT-P-11b，与地球的距离约为120光年。它约为4个地球大小，内部可能有固态核，外面覆盖着大气层，活脱脱一个克隆版的海王星。它距离母恒星比较近，环绕母恒星运行一周只需时约5天，因此它的表面温度达到605℃。除了水蒸气以外，这颗行星的大气中还发现了大量氢气。至2015年7月24日，已确认的系外行星达1935颗，它们分别属于1225个行星系统，其中484颗位于多行星系统内。系外行星的观测方法也有新的突破。