目前天文学界搜寻系外行星有哪几种主要方法

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早在年,天文学家就已相当肯定地认为,太阳系不是银河系中唯一的行星系统,在太阳系以外,一定存在其他的行星系统。这个猜想很快得到证实,年,美国射电天文学家沃兹克和福莱尔意外地在一颗高速旋转的中子星旁发现了天文史上第一颗系外行星。四年后,瑞士天文学家梅耶和邱洛兹在恒星飞马座51旁发现了一颗木星大小的行星。这两次发现充分说明了两点:一,在星系中,系外行星系统可能普遍存在;二,系外行星系统的母恒星不一定是类太阳恒星。自此,天文学界掀起了搜寻系外行星的热潮。系外行星系统中的母恒星距离我们都十分遥远,离我们最近的恒星比邻星也在4.23光年之外,而行星的体积、质量和光度与母恒星相比简直微不足道,要想从几光年、几十光年外的地球上发现那些行星,困难可想而知。但是,当代的天文学家借助先进的望远镜以及不同的搜寻方法,到目前为止,已经发现并确定的系外行星达多颗,等待最终确认的系外行星有上万颗。具体来说,搜寻系外行星的方法有以下6种:第一,视向速度法。这是目前搜寻系外行星的主要方法,大约90%的系外行星都是用这种方法发现的。母恒星受行星的引力影响,会发生微小的摆动,当这种摆动促使恒星靠向地球时,恒星的光谱线发生“蓝移”,远离地球时恒星的光谱线就发生“红移”,这个原理被称为“多普勒效应”。行星的质量越大,母恒星的摆动幅度也就越大。天文学家利用复杂的光谱装置研究这种摆动,就可以计算出行星的质量及轨道周期。第二,凌星法。在不同的系外行星系统中,有些行星的轨道面恰好平行于我们的视线方向,那么从地球看去,行星每公转一周都会从恒星前方经过一次,这就是“凌星”现象。比如在太阳系中,就经常发生水星凌日、金星凌日现象。当行星从恒星面前经过时,会遮挡恒星少部分星光,是恒星的光度微弱下降,就可以将光变曲线记录下来。通过分析排除掉双星或者变星的可能后,经过计算就可以确定行星的质量以及轨道周期。第三,微引力透镜法。微引力透镜现象是指一颗恒星恰好从另一颗更遥远的恒星前面经过时,它的引力会像透镜一样汇聚那颗更远恒星的星光,使亮度增加。通常情况下,如果透镜体恒星没有行星,远方恒星的亮度会平稳地上升或下降;如果透镜体恒星的周围存在行星,则远方恒星的光变曲线上会出现由于行星引力而导致的凸起。这种方法最大的缺点是,出现这种现象是可遇不可求的,是不可重现的天文现象。第四,直接成像法。顾名思义,就是直接拍摄系外行星的照片。这可不是一件轻而易举的事,至今为数不多的例子多半都是机缘巧合下的意外收获。行星自身不发光,它依靠反射恒星的光而发光,所以往往被淹没在恒星的强烈光芒之中。但是现在高精尖的大型地面望远镜和空间望远镜确实做到了:年,天文学家使用智利欧洲南方天文台的甚大望远镜,拍摄到了系外行星2MA,它围绕一颗褐矮星公转,这是历史上的第一次。后来,又成功地拍摄到了几颗行星的照片,包括“北落师门b”。第五,脉冲星计时法。用这种方法发现了一些围绕脉冲星的行星。脉冲星的自转很稳定,所以发射出的射电辐射非常规律。如果它周围有行星,行星的引力会使脉冲星产生轻微的摆动,我们接收到的脉冲信号曲线上会出现细微的跳跃,据此就可以发现它周围的行星。这种方法灵敏度很高,可以探测到小质量行星,甚至小行星。以上五种方法是目前搜寻系外行星最主要的方法,另外还有几种不常用的或者类似于上面某一种的方法,文中就不细说了。天文学家对系外行星的搜寻工作仍在继续,而且已经开始搜寻系外行星-卫星系统。而更重要的,是搜寻系外宜居行星,期望找到位于“宜居带”中的类地行星,这将是人类寻找地外生命的一个新的里程碑。

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