怎样寻找系外行星？

直到1991年，太阳还是当时已知的唯一一颗带有行星的恒星。当天文学家亚历克斯·沃尔兹森发现室女座的一颗脉冲星周围有两颗行星后，事情发生了改变。自从这一发现以来，在其他恒星周围已经发现了超过50颗的行星。这些行星被称为“系外行星”。那么，科学家究竟是如何寻找并最终发现这些行星的呢？

人类具有超凡的创造力。每个夜晚，有几千个也可能是几万个天文学家使用小型工具，有时可能只是一架望远镜遥望星空。因此，他们花费大量的时间想出各种不同的方法来使用这些工具。通过使用有限的工具，就能够找到距离我们几万亿千米以外的像行星那么小的物体，这真是一件了不起的壮举。

行星是什么

除地球之外，太阳系还有另外的7颗行星。那么，行星究竟是什么呢？行星的定义是：围绕恒星转动的、以表面反射恒星的光而发亮的巨大星体。行星在质量、构成、与恒星的距离方面差异很大。太阳系的行星可以分为3类。

◇ 类地行星：水星、金星、地球和火星。这些行星都由岩石构成，离太阳较近。

◇ 类木行星：木星、土星、天王星和海王星。这些行星质量巨大，是地球质量的几百倍。它们都有浓密的大气层，主要成分是氢，其次是氦、氨和甲烷。这些气体可能覆盖着由岩石构成的内核。

◇ 其他天体：彗星、小行星以及柯伊伯带中的天体。这些天体由岩石和冰块混合物构成。

太阳系中的行星是由构成太阳的旋转气体和灰尘圆盘形成的。早期太阳系中的氢和灰尘落入圆盘中心，形成原太阳，气体和灰尘被加热到可持续进行核聚变的温度。同时，圆盘外侧会形成更小的灰尘和气体块，它们被称为微行星。当原太阳被“点燃”时，它把灰尘和气体吹离它的附近。微行星结合形成行星。科学家相信其他太阳系曾经或正在以同样的方式形成。

寻找系外行星

由于恒星的光线十分耀眼，恒星反射的光线常常淹没其中，因此，要在其他恒星周围寻找行星十分困难。这个过程就像在探照灯前观看蜡烛的烛光一样。目前，探测系外行星的唯一方法是测量这些行星对其母星的影响。行星影响母星的方式有两种：当行星绕着恒星转动时，会对恒星产生一定的拉力；当行星运动到恒星和我们的视线之间（恒星光线被遮挡的部分）时，会使恒星发出的光变暗。我们在地球上可以通过以下3种方法测量行星运动对恒星产生的影响。

◇ 天体测量学：测量恒星在天空中的准确位置。

◇ 多普勒光谱学：测量恒星光线的波长分布。

◇ 光度学：测量恒星光线的强度和亮度。

适合生存的区域

◎ 天体测量学

行星由于其自身重力的牵引力，会对恒星产生一定的拉力，使恒星运动轨道发生颤动。通过细致精确地测量恒星的位置，我们可以探测到这种极其微弱的颤动。我们掌握了颤动周期（最高点到最高点或最低点到最低点的时间）后，就可以计算行星轨道的周期、行星轨道的距离或半径和行星的质量。

◎ 多普勒光谱学

当行星绕着恒星转动时，会使恒星离地球（我们的观测点）的距离时远时近。这会使恒星光线的光谱产生变化。

当恒星向着地球运动时，光波变短，移向光谱的蓝端（波长较短）；而当恒星远离地球时，光波伸长，移向光谱的红端（波长较长）。恒星光线的光谱发生的这种变化被称为“多普勒频移”。通过长期观测恒星的光谱，我们就可以探测出这种能证明行星存在的频移。我们也可以通过多普勒频移的方法测量恒星运动的径向速度，即恒星与我们做相向和相背运动时的速度。

从理论上说，我们可以通过径向速度来推断行星的大小。质量大的行星比质量小的行星重力作用大，对恒星产生的拉力也更大，恒星产生的径向速度也更大。如果我们用径向速度和时间来制表，可以得到一个正弦曲线。根据周期和行星的质量，可以计算出行星到恒星的距离——行星的轨道半径。根据曲线的振幅，可以计算出行星的质量。

◎ 光度学

如果系外行星的轨道与地球看上去在一条直线上，就表示行星即将从恒星与地球之间通过。当行星从恒星前通过时，会遮挡一部分恒星的光线，恒星就会显得有点暗（亮度减弱2%～5%）。当行星转到恒星后面时，恒星就恢复了平时的亮度。如果我们长期坚持测量恒星光线的强度，我们就可以探测其亮度的变化，这也是行星或行星群可能存在的标志。

未来的行星探测

NASA（美国国家航空和航天局）的局长丹尼尔·戈尔丁为NASA确立了一个重要目标：寻找与地球相似的、围绕其他恒星转动的行星。NASA计划发射一系列被称为“TPF”（类地行星发现者号）的望远镜，以实现这一目标。TPF由4个光学望远镜和1台合成仪器组成，每个望远镜都可以探测目标恒星发出的光线。它可以利用“零信号干涉测量法”技术来合成光线，去掉恒星发出的光线。NASA最新开发的精确飞行方法可以使这组仪器保持一定的排列形式。

当恒星的光线被去掉后，就可以对行星光线的光谱进行分析，检测行星大气层的物质是否与地球上的物质类似。

TPF目前仍处于研制阶段，一旦投入使用，这组天文望远镜系统将掀起一场行星探索和宇宙生命探索的革命。