文|北辰

尋找日外行星

文|北辰

意義非凡的掩星現(xiàn)象

一直以來，人類尋找日外行星的工作僅僅是處在理論研究階段，從來沒有突破性的進展。直到1995年年底，瑞士天文學(xué)家梅厄發(fā)現(xiàn)了第一顆太陽系以外的行星，這就是飛馬座51b。僅僅幾個月之后，天文學(xué)家們又找到了另外兩顆日外行星。從此，日外行星開始一顆顆地出現(xiàn)在天文學(xué)家的視野里。

發(fā)現(xiàn)日外行星，目前有4種方法。雖然恒星對行星有引力作用，但同時行星也對恒星產(chǎn)生引力作用，導(dǎo)致恒星產(chǎn)生搖擺。只要觀測恒星是否發(fā)生搖擺，就可以知道恒星是否有自己的行星。還可以采用大質(zhì)量天體產(chǎn)生的引力透鏡來尋找日外行星。發(fā)生搖擺的恒星，它的光譜也會發(fā)生變化，產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，觀測光譜變化，就可以判斷它是否搖擺，也就知道它是否有行星。最后一種方法最為直接，它是通過觀察掩星來尋找行星。發(fā)生掩星的時候，行星從恒星的面前經(jīng)過，這時候會觀察到恒星的光度減弱了，之后又會增亮，如果這種光度變化具有周期性，就可以判斷它有行星。

掩星是僅僅通過觀測光度的變化就可以判斷恒星是否有行星，而利用多普勒效應(yīng)的方法就麻煩多了。但是，現(xiàn)在科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生掩星的時候，研究光譜可以得出更多我們不知道的結(jié)論。

利用掩星來尋找日外行星時，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)當行星遮擋住恒星的時候，恒星的光芒會穿過行星的大氣進入到我們的光譜儀中，由于光譜受到行星大氣的影響，通過研究光譜我們就可以知道行星大氣層中的一些化學(xué)成分。這樣，我們就可以知道那里是否適合生命的生存。

行星上的白天和黑夜

未來可能移民的行星很可能超出你的想象，它很可能在一顆紅矮星的引力范圍內(nèi)，是一顆沒有自轉(zhuǎn)的行星。沒有自轉(zhuǎn)，也就沒有白天和黑夜的交替，我們只能居住在處于白天的地帶，那里有充足的陽光，溫暖舒適。

雖然沒有自轉(zhuǎn)，但它卻有公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)一圈不可能是地球上的365天，也許是幾十天，幾天，甚至幾個小時都有可能。

天文學(xué)家會重點研究行星圍繞恒星運轉(zhuǎn)處在不同位置時的一些數(shù)據(jù)，當它處在恒星前面時，處在恒星側(cè)面時，處在恒星后面時，都具有特別的意義，綜合研究各個時段的光譜，會得到很多訊息，特別是觀測它的白天。

意義非凡的掩星現(xiàn)象

當行星將要進入到恒星后面的時候，恒星還沒有遮住它的時候，我們看到的就是它的白天。還有一種情況，就是當行星從恒星后面即將出來的時候，也是它的白天，把恒星的光芒反射向地球。在行星公轉(zhuǎn)的一個周期內(nèi)，這是兩個重要的時刻，它反射了恒星的光芒，而且沒有受到恒星光譜的干擾，這道光蘊含著行星上的重要信息，有重要的研究價值。

光譜帶來的信息

把一束光引進三棱鏡，在三棱鏡的后面就會發(fā)現(xiàn)光被分解成七色光，這就是光譜。光譜可以告訴我們發(fā)光物的化學(xué)成分，現(xiàn)在光譜儀裝載在大型望遠鏡上，可以分析星光的成分，告訴我們那里的物質(zhì)組成。對于研究日外行星的天文學(xué)家來說，光譜儀可以幫助他們分析行星大氣層中的化學(xué)成分。

行星不發(fā)光，但是它可以反射恒星的光，具體反射什么樣的光，取決于這顆行星的大氣，大氣中的特定分子會在特定的波長上吸收反射光，當它走到恒星背后的時候，反射光突然消失，那些特有的反射光不見了。通過在不同的波段進行觀察，再與恒星的光做比較，就可以知道這顆行星的大氣層包含哪些化學(xué)元素。

行星的反射光突然消失，這個過程被稱為次食，觀測到日外行星的次食，讓尋找日外行星的科學(xué)家十分興奮，研究凌星和次食這兩個時段的光譜變化，就可以判斷出一個行星上的大氣成分，進而判斷那里是否適合我們生存。

2013年，當GJ1214b發(fā)生凌星的時候，日本科學(xué)家使用望遠鏡研究了這顆行星，發(fā)現(xiàn)它的光譜在大范圍波長上毫無特色，這表示這顆行星的濃密大氣有水蒸氣。而且還證明，水是大氣層的主要成分。但是，GJ1214b距離恒星太近了，溫度過高，導(dǎo)致水蒸發(fā)成氣體，雖然有水也有大氣層，卻不適合生命的存在。

迎接新地球的到來

迎接新地球的到來

發(fā)現(xiàn)太陽系以外的行星是從1995年開始，在這十幾年的過程中，各種新的方法被應(yīng)用其中。觀測恒星是否跳搖擺舞，就知道行星與恒星相互之間的引力大小，進而知道行星的質(zhì)量；觀測行星的凌星現(xiàn)象，就可以知道它對恒星光度的影響，進而知道它的體積。二者相結(jié)合也就知道了行星的密度，再從行星的密度判斷它是氣體、液體還是固體。如果像地球一樣是巖石行星，就需要仔細觀察它凌星的時候光譜發(fā)生的變化，進而知道它的大氣中包含哪些化學(xué)元素。

這一系列方法已經(jīng)被當作是尋找新地球的重要方法，在這些方法中，任何一種方法的進步都會給尋找新地球的研究帶來新的希望。天文學(xué)家主攻的方向是望遠鏡，當然并不僅僅提高望遠鏡的視力，而是全方面地提高望遠鏡的觀測能力。開普勒太空望遠鏡已經(jīng)取得了豐碩的成果，它也是使用掩星的方法搜尋太陽系外類地行星。開普勒太空望遠鏡在2009年被送入太空，共找出了2?700多顆太陽系外的行星。但是，2013年5月，開普勒望遠鏡出現(xiàn)故障已經(jīng)無法修復(fù)，被迫退休了。

在此之前，2003年還發(fā)射過一個斯皮策太空望遠鏡，按理說，它更該退休了。更何況它是一臺紅外望遠鏡，并不是為了尋找日外行星而發(fā)射的。但是，它卻在尋找日外行星的道路上取得了令人意想不到的成績，它曾多次觀測到日外行星的次食現(xiàn)象，這讓設(shè)計者驚喜不已。美國宇航局準備對它的工作模式做一些更改，讓它改行專門尋找新地球。

目前，有許多更先進的望遠鏡正在研制當中，當它們真正被投入使用后，一定會帶來全新的發(fā)現(xiàn)，讓我們一起期待新地球的出現(xiàn)。