寻找日外行星

文|北辰

寻找日外行星

文|北辰

意义非凡的掩星现象

一直以来，人类寻找日外行星的工作仅仅是处在理论研究阶段，从来没有突破性的进展。直到1995年年底，瑞士天文学家梅厄发现了第一颗太阳系以外的行星，这就是飞马座51b。仅仅几个月之后，天文学家们又找到了另外两颗日外行星。从此，日外行星开始一颗颗地出现在天文学家的视野里。

发现日外行星，目前有4种方法。虽然恒星对行星有引力作用，但同时行星也对恒星产生引力作用，导致恒星产生摇摆。只要观测恒星是否发生摇摆，就可以知道恒星是否有自己的行星。还可以采用大质量天体产生的引力透镜来寻找日外行星。发生摇摆的恒星，它的光谱也会发生变化，产生多普勒效应，观测光谱变化，就可以判断它是否摇摆，也就知道它是否有行星。最后一种方法最为直接，它是通过观察掩星来寻找行星。发生掩星的时候，行星从恒星的面前经过，这时候会观察到恒星的光度减弱了，之后又会增亮，如果这种光度变化具有周期性，就可以判断它有行星。

掩星是仅仅通过观测光度的变化就可以判断恒星是否有行星，而利用多普勒效应的方法就麻烦多了。但是，现在科学家发现，在发生掩星的时候，研究光谱可以得出更多我们不知道的结论。

利用掩星来寻找日外行星时，天文学家发现当行星遮挡住恒星的时候，恒星的光芒会穿过行星的大气进入到我们的光谱仪中，由于光谱受到行星大气的影响，通过研究光谱我们就可以知道行星大气层中的一些化学成分。这样，我们就可以知道那里是否适合生命的生存。

行星上的白天和黑夜

未来可能移民的行星很可能超出你的想象，它很可能在一颗红矮星的引力范围内，是一颗没有自转的行星。没有自转，也就没有白天和黑夜的交替，我们只能居住在处于白天的地带，那里有充足的阳光，温暖舒适。

虽然没有自转，但它却有公转，公转一圈不可能是地球上的365天，也许是几十天，几天，甚至几个小时都有可能。

天文学家会重点研究行星围绕恒星运转处在不同位置时的一些数据，当它处在恒星前面时，处在恒星侧面时，处在恒星后面时，都具有特别的意义，综合研究各个时段的光谱，会得到很多讯息，特别是观测它的白天。

意义非凡的掩星现象

当行星将要进入到恒星后面的时候，恒星还没有遮住它的时候，我们看到的就是它的白天。还有一种情况，就是当行星从恒星后面即将出来的时候，也是它的白天，把恒星的光芒反射向地球。在行星公转的一个周期内，这是两个重要的时刻，它反射了恒星的光芒，而且没有受到恒星光谱的干扰，这道光蕴含着行星上的重要信息，有重要的研究价值。

光谱带来的信息

把一束光引进三棱镜，在三棱镜的后面就会发现光被分解成七色光，这就是光谱。光谱可以告诉我们发光物的化学成分，现在光谱仪装载在大型望远镜上，可以分析星光的成分，告诉我们那里的物质组成。对于研究日外行星的天文学家来说，光谱仪可以帮助他们分析行星大气层中的化学成分。

行星不发光，但是它可以反射恒星的光，具体反射什么样的光，取决于这颗行星的大气，大气中的特定分子会在特定的波长上吸收反射光，当它走到恒星背后的时候，反射光突然消失，那些特有的反射光不见了。通过在不同的波段进行观察，再与恒星的光做比较，就可以知道这颗行星的大气层包含哪些化学元素。

行星的反射光突然消失，这个过程被称为次食，观测到日外行星的次食，让寻找日外行星的科学家十分兴奋，研究凌星和次食这两个时段的光谱变化，就可以判断出一个行星上的大气成分，进而判断那里是否适合我们生存。

2013年，当GJ1214b发生凌星的时候，日本科学家使用望远镜研究了这颗行星，发现它的光谱在大范围波长上毫无特色，这表示这颗行星的浓密大气有水蒸气。而且还证明，水是大气层的主要成分。但是，GJ1214b距离恒星太近了，温度过高，导致水蒸发成气体，虽然有水也有大气层，却不适合生命的存在。

迎接新地球的到来

迎接新地球的到来

发现太阳系以外的行星是从1995年开始，在这十几年的过程中，各种新的方法被应用其中。观测恒星是否跳摇摆舞，就知道行星与恒星相互之间的引力大小，进而知道行星的质量；观测行星的凌星现象，就可以知道它对恒星光度的影响，进而知道它的体积。二者相结合也就知道了行星的密度，再从行星的密度判断它是气体、液体还是固体。如果像地球一样是岩石行星，就需要仔细观察它凌星的时候光谱发生的变化，进而知道它的大气中包含哪些化学元素。

这一系列方法已经被当作是寻找新地球的重要方法，在这些方法中，任何一种方法的进步都会给寻找新地球的研究带来新的希望。天文学家主攻的方向是望远镜，当然并不仅仅提高望远镜的视力，而是全方面地提高望远镜的观测能力。开普勒太空望远镜已经取得了丰硕的成果，它也是使用掩星的方法搜寻太阳系外类地行星。开普勒太空望远镜在2009年被送入太空，共找出了2 700多颗太阳系外的行星。但是，2013年5月，开普勒望远镜出现故障已经无法修复，被迫退休了。

在此之前，2003年还发射过一个斯皮策太空望远镜，按理说，它更该退休了。更何况它是一台红外望远镜，并不是为了寻找日外行星而发射的。但是，它却在寻找日外行星的道路上取得了令人意想不到的成绩，它曾多次观测到日外行星的次食现象，这让设计者惊喜不已。美国宇航局准备对它的工作模式做一些更改，让它改行专门寻找新地球。

目前，有许多更先进的望远镜正在研制当中，当它们真正被投入使用后，一定会带来全新的发现，让我们一起期待新地球的出现。