你知道什么是行星嗎？恒星和行星有什么區(qū)別？

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在過(guò)去的25年里，天文學(xué)家們?cè)谔��?yáng)系之外發(fā)現(xiàn)了3700多個(gè)世界。他們?cè)趺凑业剿鼈兊模?/p>

系外行星天文學(xué)家的圖像已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3700多顆系外行星，或太陽(yáng)系外的行星，包括600多個(gè)多行星系統(tǒng)，另有近5000個(gè)候選行星等待確認(rèn)。被發(fā)現(xiàn)這些的這些系外行星包括與木星相似的大行星、較小的地球大小的行星，甚至還有7顆密度與地球、金星和火星相似的巖石行星。

許多這些發(fā)現(xiàn)都?xì)w功于美國(guó)宇航局的開(kāi)普勒任務(wù)及其繼任者K2，該項(xiàng)目使用專(zhuān)用的天基望遠(yuǎn)鏡測(cè)量我們的星系附近一些小型的和地球大小類(lèi)似的行星。美國(guó)宇航局的下一個(gè)主要的系外行星狩獵工作，稱(chēng)為T(mén)ESS，簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)境系外行星測(cè)量衛(wèi)星，將調(diào)查地球附近的20多萬(wàn)顆恒星，并有望發(fā)現(xiàn)數(shù)千個(gè)新世界。TESS于2018年4月發(fā)射并使用SpaceX獵鷹9號(hào)火箭。

那么，天文學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)系外行星的，我們實(shí)際上對(duì)太陽(yáng)系外的這些世界又了解多少？

過(guò)境系外行星

開(kāi)普勒和TESS天基飛行任務(wù)所使用的方法，以及發(fā)現(xiàn)最外行星的方法，是利用系外行星探測(cè)的過(guò)境方法。據(jù)說(shuō)當(dāng)一顆行星經(jīng)過(guò)我們和一顆恒星之間時(shí)，這顆行星正在過(guò)境。在我們自己的太陽(yáng)系中，當(dāng)水星和金星的軌道將水星和金星帶到地球和太陽(yáng)之間時(shí)，我們就能看到它們的過(guò)境。

盡管行星相對(duì)于恒星而言是小的，但當(dāng)行星的路徑穿過(guò)我們對(duì)于主恒星的視野時(shí)，行星會(huì)阻擋來(lái)自該恒星的少量光。當(dāng)行星位于恒星前面時(shí)，天文學(xué)家可以測(cè)量來(lái)自恒星的光的亮度的下降值，以及觀測(cè)亮度下降的時(shí)間長(zhǎng)度。知道了恒星的質(zhì)量，在開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)第三定律的一點(diǎn)幫助下，這兩個(gè)測(cè)量值可以告訴你行星離它的主星有多遠(yuǎn)。根據(jù)行星軌道的大小從而估計(jì)那里的溫度是否適合液態(tài)水，這是適合生命生存的關(guān)鍵。如果天文學(xué)家對(duì)主星的大小有估計(jì)，他們也可以推斷出行星本身的大小。

圖解：利用凌日法偵測(cè)系外行星，下方的線圖代表不同時(shí)間地球所接收到的光量。

由于我們事先不知道哪些恒星周?chē)�有行星，以及哪些恒星有完美的�?duì)齊，所以這些行星將通過(guò)我們和它們的主恒星之間，因?yàn)樗麄兊能壍溃�我們也不能預(yù)測(cè)這些過(guò)境什么時(shí)候會(huì)發(fā)生，使用過(guò)境方法發(fā)現(xiàn)系外行星需要對(duì)數(shù)十萬(wàn)顆恒星進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。因此，美國(guó)宇航局已經(jīng)投資了專(zhuān)門(mén)的太空望遠(yuǎn)鏡，如TESS和開(kāi)普勒，他們致力于這種監(jiān)測(cè)。

徑向速度方法

盡管由于這些行星探測(cè)空間任務(wù)，尋找系外行星的過(guò)境方法現(xiàn)在更為普遍，但系外行星探測(cè)的第一次激增實(shí)際上是使用一種稱(chēng)為徑向速度或多普勒方法的不同技術(shù)。為了理解這種方法，我們首先必須了解一些關(guān)于行星軌道。我們認(rèn)為行星是圍繞其主恒星運(yùn)行的，但實(shí)際上恒星和行星一起圍繞它們共同的質(zhì)量中心運(yùn)行。當(dāng)你有兩個(gè)質(zhì)量相等的軌道物體時(shí)，它們的質(zhì)量中心將位于它們之間的中點(diǎn)，因此它們看起來(lái)會(huì)圍繞一個(gè)中心點(diǎn)在軌道上相互追逐。然而，恒星的質(zhì)量比行星大得多，所以這個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量中心離主恒星更近。這種不平衡導(dǎo)致行星的軌道變大，只有一顆微小的擺動(dòng)在主恒星的位置。雖然很小，但這種擺動(dòng)仍然是可以測(cè)量的。

圖解：太陽(yáng)系的質(zhì)量中心運(yùn)動(dòng)相對(duì)于太陽(yáng)的位置。

天文學(xué)家通過(guò)尋找發(fā)射線的多普勒偏移來(lái)監(jiān)測(cè)恒星的位置，指示相對(duì)于我們（觀眾）的向前或向后運(yùn)動(dòng)。在600-700顆系外行星之間已經(jīng)以這種方式被發(fā)現(xiàn)，它仍然是從地面觀測(cè)站使用最簡(jiǎn)單的技術(shù)。然而，行星越大，行星離主恒星越近，其引力對(duì)主恒星的影響就越大，即恒星的擺動(dòng)越大。因此，多普勒方法更適合于尋找非常接近其主恒星的巨大行星，這種行星因此被昵稱(chēng)為"熱木星"。

系外行星的直接成像

你可能想知道為什么天文學(xué)家使用這些間接的方法來(lái)尋找系外行星，而不是直接拍攝它們的照片。好吧，這是由于行星本身是不能發(fā)出自己的（光學(xué)）光，而只能反射來(lái)自它主星的光，而且它們比主恒星小得多，所以尋找行星的光就像是試圖挑出一只懸掛在搜索燈旁邊的螢火蟲(chóng)，還是從千里之外尋找。

圖解：藝術(shù)家印象下的脈沖星PSR 1257+12的行星系統(tǒng)。

然而，現(xiàn)在天文學(xué)家們知道有數(shù)千顆系外行星等待被發(fā)現(xiàn)，他們正在開(kāi)發(fā)一種新技術(shù)，通過(guò)以某種方式遮蔽主恒星的光來(lái)實(shí)現(xiàn)直接成像。這種阻擋可以在光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡之前或之后進(jìn)行。直接成像方法仍處于起步階段，但它已經(jīng)顯示出了大好的前景，使用這種方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約40顆系外行星。直接圖像有可能告訴我們更多關(guān)于行星的信息，包括關(guān)于行星的大氣層和組成的信息，而不是我們可以從更多的間接方法中學(xué)到的，因此它是系外行星研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。

系外行星的驅(qū)動(dòng)力是，我們渴望了解我們生存的一小個(gè)角落是多么常見(jiàn)或獨(dú)特，最終證實(shí)我們?cè)谟钪嬷惺欠袷仟?dú)一無(wú)二。

系外行星檢測(cè)方法

還有其他一些尋找系外行星的方法，盡管不太常見(jiàn)，包括引力微透鏡。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論告訴我們，穿過(guò)引力場(chǎng)的光線會(huì)圍繞產(chǎn)生該場(chǎng)的巨量物體彎曲，這種效應(yīng)稱(chēng)為透鏡效應(yīng)，或者在行星等質(zhì)量極低的物體（如行星、微透鏡）的情況下。因此，當(dāng)行星在我們和遙遠(yuǎn)恒星之間經(jīng)過(guò)時(shí)，有可能看到遠(yuǎn)處恒星圍繞行星彎曲的光。在這個(gè)過(guò)程中，恒星的光也會(huì)被放大，因此觀察恒星亮度的這個(gè)短暫峰值不僅會(huì)顯示一個(gè)物體在恒星前面經(jīng)過(guò)，還會(huì)顯示這個(gè)移動(dòng)物體的質(zhì)量。不幸的是，這些微透鏡事件通常不會(huì)重復(fù)，因此不容易驗(yàn)證。

發(fā)現(xiàn)的第一顆系外行星是由一種完全不同的技術(shù)