八大行星之外行星科普：怎样寻找系外行星？ _太阳系

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，统称八大行星。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。
太阳系的八大行星可以分为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。

文章插图
地球
◇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。
■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。
链接：适合生存的区域如果太阳系外存在生命，那么一定是在这些系外行星上。恒星发出的光为绕着它转动的行星带来温暖，并提供了生命存在所需要的能量。除了能量之外，生命似乎还需要某种液态溶剂来繁衍。在地球上，这种溶剂是水，但其他溶剂（如氨、甲烷、氟化氢）也可能是适合的选择。具备了这个条件后，似乎行星与恒星之间还必须存在一定的距离，才能使这种溶剂保持液态。如果行星离恒星过近，溶剂将会蒸发；而如果距离过远，溶剂则会结冰。在太阳周围，适合生存的区域看来是介于金星和火星轨道之间的区域。

文章插图
光谱旋转示意图
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。

八大行星之外 行星科普：怎样寻找系外行星？

八大行星之外行星科普：怎样寻找系外行星？