寻找另一个地球 科学家有四大法宝

开普勒-186f星球的意境

行星运动引起光谱频率的红移和蓝移。

仰望星空，地球之外有没有适合居住的星球？这个问题带给人们无限的遐想。

对可居住行星的探索继续带来好消息。在美国宇航局宣布利用开普勒数据发现一个新的“太阳系”后不久，科学家宣布在太空中发现了一组38亿光年以外的行星，将人们对行星的探索延伸到了银河系之外。

开普勒是如何发现行星的？科学家如何看待遥远的行星？寻找系外行星的主要方法是什么，它们有什么独特的技能？记者采访了业内专家。

凌星观察:开普勒成为外星猎人

2009年发射的开普勒任务是世界上第一个探测外星行星的宇宙飞船。在任务的前三年半，开普勒望远镜连续监测了超过150，000个恒星系统，并产生了大量数据。

在分析了开普勒的数据之后，科学家们已经为系外行星选择了许多“候选者”。美国宇航局官方网站的数据显示，开普勒已经发现了4496个“候选人”，其中2341个已经得到证实。

事实上，科学家已经确认总共有3704颗系外行星。这表明开普勒在扩大系外行星家族的过程中发挥了重要作用，无愧于“系外行星猎人”的称号。

行星本身不发光，这在耀眼的恒星面前更难看到。那么，开普勒是如何“捕获”太阳系外行星的呢？

“开普勒主要是通过中天法探测行星，即行星的屏蔽效应，这也是目前探测行星的主要方式。”中国科学院国家天文台研究员勾立军告诉《每日科学》。

“金星凌日”是人们可以用肉眼观察到的凌星现象。金星的轨道在地球轨道的内侧。在一些特殊的时刻，地球、金星和太阳会在一条直线上。这时，我们可以从地球上看到金星像一个小黑点一样在太阳表面缓慢移动。

当一颗行星在它的主星前面飞行时，它会阻挡主星的一些辐射，从而使主星的亮度看起来更低。虽然主星的亮度变化最多为百万分之一，但科学家也能收集到许多有价值的信息。不直接看到行星，不仅可以判断行星的存在，而且可以在适当的条件下获得与行星相关的大气信息。

勾立军认为，凌星方法可以根据恒星亮度的周期性变化来确定外行星的轨道倾角，从而进一步确定行星的质量。凌星方法也可以用来了解行星的大气结构。当行星经过它的主星前面时，主星发出的光穿过行星的最外层大气。通过分析此时主星的光谱，我们可以知道行星的大气成分。此外，行星的光谱特性也可以通过中天法获得，从而分析行星的温度，甚至探测行星上云的形成。

虽然凌星方法相对有效，但它不是万能的。例如，当行星的轨道平面正好垂直于人们的视线方向时，恒星的光线不会被行星挡住视线方向，所以恒星的亮度变化是无法检测到的。

直接成像:拍一张行星的照片。

凌星的方法是间接地获得系外行星存在的证据。有什么方法可以一窥太阳系外行星的真实存在吗？答案是肯定的，即直接成像。

2004年，法国科学家用一架非常大的奥南台望远镜直接捕捉到了围绕一颗褐矮星运行的炽热木星。这是人类历史上首次通过直接成像对系外行星进行拍摄。勾立军指出，这次星星更暗，行星更亮，所以看行星时不会挡住星星。通常，有必要遮挡中心恒星的光线进行观察。

我们怎样才能挡住恒星耀眼的光，拍摄隐藏的行星呢？科学家们利用日冕原理在望远镜前部安装所谓的日冕仪，以屏蔽恒星的光线。日冕是太阳大气层的最外层。当日全食发生时，太阳完全被月亮挡住，日冕很容易被观察到。通常，科学家通过日冕仪观察日冕。

俗话说，“眼见为实”在各种行星探测方法中，直接成像有其独特的优势，可以为科学家提供大量有价值的信息。例如，与原始行星盘的相互作用及其在行星北衰减门B的红外波段的不可见性对其质量有很大的限制。除了它非凡的亮度之外，科学家认为它可能被一个巨大质量的环状系统所包围。

但是到目前为止，通过直接成像观察到的系外行星的数量不是很大。到目前为止确认的系外行星中，只有大约1.2%是通过直接成像发现的。在现有的观测技术下，不容易获得直接成像。只有在非常严格的条件下，如行星非常明亮，主星非常暗，两者之间的距离非常长，才最有可能获得直接成像。因此，直接成像可能不是寻找大规模系外行星的好选择。

视速度:多普勒效应的另一种应用

当一辆鸣笛的汽车从前方驶来时，你会感觉到声音越来越大，而当汽车渐渐远去时，你会感觉到声音越来越低。这是日常生活中多普勒效应的一个例子。

当科学家使用视速度方法探测行星时，他们也使用多普勒效应。

“行星围绕恒星旋转，但同时恒星也围绕两者的质心旋转。因此，在恒星旋转的过程中，当面对或远离我们时，恒星的谱线频率会发生微小而有规律的变化。通过观察这一微小的变化，我们可以推断出另一个天体的质量，前提是该系统是一个双星系统，然后根据质量来确定行星的存在。”勾立君解释道。

如果恒星的光被充分散射，就会发现恒星光谱中有亮线，而亮线是恒星光谱中的发射线。当恒星向我们移动或远离我们时，发射线的频率向高频或低频移动，分别称为蓝移和红移，就像声音频率增加和减少一样。

通过分析恒星光谱中发射线的周期性变化，科学家可以推断出行星的证据。

然而，如果行星的质量相对较小，由它引起的恒星光谱偏移并不明显，并且很难从微弱的信号判断它的存在。勾立军指出，这样的方法可以更容易地找到大质量的行星或者更靠近恒星的行星。

引力微透镜:发现离地球最远的行星

几天前，官方网站俄克拉荷马大学的消息称，其天体物理团队首次发现了银河系外的行星。他们发现在距离地球38亿光年的RX J1131231星系中心，有一组质量介于月球和木星之间的行星。

这是迄今为止发现的最遥远的一组行星。团队成员说他们已经用重力微透镜方法观察了行星。通过建模数据来分析特征信号的频率，以确定行星的质量。

重力微透镜是如何发现行星的？首先，当恒星本身经过背景物体前时，重力微透镜会使背景物体在短时间内看起来更亮，在光度变化曲线上反射出一个凸峰。

如果额外的小峰叠加在这些峰上，那么恒星周围还有其他小质量物体(如行星)。天文学家可以用这种方法来判断外行星的存在，并分析它们的质量和离恒星的距离。

“重力微透镜是目前发现离地球很远的行星的唯一方法。然而，缺点是观察到的现象不能重复，不像其他方法，可以观察很多次。”勾立君说。