如何寻找太阳系以外的星球-三牛注册

这是一个全新的系列虽然叫普通行星，但我们不谈太阳系内的天体，而是聚焦系外行星领域，看一看太阳系外那些奇怪的行星

与宇宙给人很抽象的感觉不同，系外行星更具体，想象起来更友好所以这个系列的内容应该是没有门槛的无论你是天文爱好者还是小白，相信都很容易接受

为了以后能更轻松的观看这个系列，作为第一期，我觉得有必要先介绍一些基础知识，比如那些遥远的行星动辄多少光年，天文学家是如何观测的人类对系外行星的探索已经走到了哪一步

系外行星，即太阳系外围绕其他恒星运行的行星由于距离和技术的限制，目前发现的系外行星几乎都在银河系内银河系的恒星数量目前估计在千亿量级，这意味着系外行星的数量也可能在这个规模虽然数量巨大，但也只是理论推测的总量事实上，确认的只有5000多个

在这些已确认的系外行星中，约1/3是气态巨行星，1/3是类海王星天体，1/3是超级地球除了这三种，其余基本都是与地球相似的类地行星

系外行星的类型和数量已经得到确认。

很长一段时间以来，人们认为太阳系外应该有其他行星，但受技术限制，人们直到上世纪末才真正发现它们。

首次发现系外行星要追溯到1984年当时，人们首次在距离我们63光年的恒星周围发现了一个巨大的气体和尘埃盘这意味着恒星应该刚刚诞生，周围的大量物质还没来得及聚集成天体那么行星诞生的地方就叫做原行星盘

后来欧洲南方天文台通过直接成像证实了这里有两颗行星的存在但能直接成像显然是后来的事了，因为直接成像法也是这几年才开始用的除了对设备的精度要求，这种观测方法难度很大，只适用于非常特殊的场合例如，行星需要非常大，并且离恒星足够远

大意味着能反射更多的光，所以更容易被看到它离恒星足够远，因为恒星的光太亮了，看起来像远光灯因此，要观测其周围的行星，通常需要用日冕仪遮挡恒星，才不会灯下黑

因此，直接成像法并不意味着捕捉到非常清晰的行星图像，它只是通过观察恒星光中的红外线是否被反射来确定这里是否存在行星这种方法不仅需要设备，还需要星球的环境直到今天，只有少数系外行星通过这种方式得到了确认

早期观测系外行星的方法依赖于径向速度法，也称为视速度法或多普勒频谱法例如，第一颗系外行星飞马座51b的发现就使用了这种方法

这里顺便提一下系外行星的命名规则:我们经常看到xxxb，xxxc，xxxd这些行星的名字不是按照与恒星的距离来编号的，而是按照发现的先后顺序比如飞马座51b，这个b意味着它是围绕恒星飞马座51发现的第一颗行星由于a通常指恒星本身，所以第一颗行星用b，然后是c，d，e，依此类推

回到径向速度法，所谓径向速度法，是通过观察恒星是否受到周围行星引力的影响来判断的如果周围有行星，恒星和行星实际上是围绕它们共同的质心旋转的对于一颗恒星来说，它会有非常微弱的摆动这样微弱的外观是无法直接看到的，但是会因为多普勒效应反映在恒星的光谱上由于行星的质量远小于恒星的质量，这种光谱的细微变化还需要高精度的探测设备，所以如果行星质量太小就很难发现

径向速度法

上世纪末，径向速度法被天文学家广泛用于研究系外行星本世纪初，伴随着太空望远镜的发展，我们终于可以摆脱地球大气层的干扰，从太空进行观测于是人们开始尝试通过测量恒星的亮度变化来寻找系外行星

当行星从恒星前面经过时，恒星的亮度会因为被遮挡而略有降低，类似于月食当然，它不像月球那样遮挡太阳，只是一个像水星凌日那样的小点因为行星周期性遮挡恒星，所以我们观察到恒星的亮度会周期性变化这种方法称为过境法或过境法

运输方法

与径向速度法相比，凌日法的优势在于可以直接计算出行星的大小毕竟能挡住多少光和星球的直径有直接关系，所以星球越大越容易被发现

比如去年，我们提到天文学家疑似通过凌日法发现了一颗土星大小的河外行星没错，不是太阳系外，是银河系外！平时观测到的系外行星大多只有几千光年银河系直径10万光年，系外行星所在的m51星系距离我们2800万光年有没有觉得跑调

m51星系中的河外行星

但是凌日法也有它的缺点:首先，它对观测角度有要求，作为观测者，我们必须位于其轨道的一侧另外，恒星亮度变化除了被行星遮挡，还有很多其他原因，所以虚警率比较高这就是为什么一般需要用各种方式交叉验证系外行星

而且交叉验证还有一个好处:凌日法可以算出大小，径向速度法可以算出质量，这样两者一结合就可以知道密度，从而可以进一步推断其内部结构。

凌星方法和径向速度方法是寻找系外行星的主要方法在已确认的5000多颗系外行星中，约有95%是通过这两种方法发现的剩下的就是通过其他途径，除了刚才说的直接成像方法，还有像引力微透镜，脉冲星计时等等方法

就连今年的天体物理学杂志《快报》也提到了一种发现系外行星的新方法，就是通过观测木马小行星，结合拉格朗日点来预测系外行星的位置。

特洛伊小行星对系外行星的预测

目前已知的系外行星除了来自地面望远镜的数据外，大部分都来自开普勒和tess的观测数据开普勒于2009年发射升空2018年退役后，搜寻工作由tess望远镜接手从这个图可以看出，凌日法发现的行星数量也是在那个时候开始猛增的

你可能会好奇:为什么这么多系外行星都集中在这么小的天空区域因为这里是开普勒望远镜的主要观测区域你为什么只在这里拍摄因为凌日法需要连续观测才能看到恒星周期性的光度变化，所以这台望远镜的观测策略是尽可能集中观测区域即使是tess这种比开普勒覆盖面积大400倍的巡天望远镜，也在某些区域集中了观测时间

tess太空望远镜观测天空区域。

有人说为什么不用韦伯望远镜观测红外线不是它的强项吗韦伯当然可以观测，对系外行星的观测是韦伯望远镜的主要任务之一但就像用显微镜观察微生物一样，你需要先用低倍镜寻找目标，再换成高倍镜进行观察韦伯就像显微镜上的高倍镜虽然他可以看得更清楚，但搜索系外行星的效率远不如tess这样的巡天望远镜所以韦伯之前的观测都是针对已经确认的系外行星，重点是分析它们的大气成分通过分析星球的大气成分，可以猜测星球的大致情况，以及是否存在生命的可能性

好了，下一次，我们将正式开始探索那些奇异而神奇的星球。

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