引人入胜的地外行星探索

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翻译：马啸然

校对：牧夫天文校对组 林钰然 涂天宇

后期：李子琦 胡永葳

责任编辑：毛明远

原文发布于space.com

探索, 从未止步

Image credit: Getty Images

目前发现系外行星方式有许多种。其中最直接的方法是通过望远镜对其成像, 但是这种方法并不容易，因为遥远的行星光线过于微弱, 它们通常会由于其恒星的强光消失在视野中。不过通过这种方式也确实成功发现过一些系外行星。

绝大多数的系外行星都是通过凌星法发现的: 当行星从恒星前面经过时，我们会观测到恒星的亮度轻微下降。不过这只有在行星轨道的几何条件允许我们从地球上看到凌星现象时才能使用。

当一颗行星围绕着一颗恒星运行时，它会导致恒星发生轻微摆动。通过使用一套叫做天体测量法的精密测量技术，这种摆动可以被直接观测到。这是人类尝试的第一种系外行星探测方法，但只成功发现了极少数的系外行星。

在实际操作中，观察恒星的速度而不是它在天空中的位置，更容易探测到行星引起的微小晃动。这种观测可以通过分析恒星光谱完成，由此产生的"径向速度法"在探测系外行星的领域取得了巨大成功。

最后一种探索方法被称为微引力透镜法，这种方法基于爱因斯坦的相对论: 当一颗恒星从远处的光源和地球观察者之间经过时，远处光源的光线会被弯曲。此时如果有一颗行星围绕着这颗恒星运行，那么光线被弯曲的方式会略有不同。

以下是使用上述方法发现的许多系外行星中的一些代表。

一颗行星, 两个太阳: TIC 172900988 B

系外行星TIC 172900988 b 的艺术效果图. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)

美国宇航局目前最著名的行星猎手是TESS: 凌星系外行星巡天卫星。据美国宇航局称，这颗卫星通过测量行星穿过望远镜的视线时恒星的轻微变暗来探测系外行星。

这种观测有时非常耗时，因为天文学家可能需要观察数次凌星以获得行星轨道的数据, 而且由于行星运行速度的不同, 两次凌星之间的间隔可能长达数月甚至数年。但是在TIC 172900988 b的系统中, 每次凌星的间隔时间非常短。这是因为它围绕着两颗恒星运行，而TESS看到它对这两颗恒星均有凌星现象。TESS还至少三次观察到这两颗恒星间的互食。将这些信息综合起来，研究人员可以通过详细计算得到他们所需要的一切轨道信息。

褐矮星的行星: CFHTWIR-OPH 98 B

褐矮星CFHTWIR-Oph 98 b的艺术效果图. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)

褐矮星是一种神秘的天体，它既不是恒星也不是行星。它们的质量只有木星的15到75倍，无法维持使恒星发光的氢核聚变反应，但它们不像行星那样围绕恒星运行。

褐矮星有时会成对出现，不过最近我们发现了真正围绕褐矮星的行星。这颗褐矮星被称为CFHTWIR-Oph 98，它的行星伴侣(可能只有4.1个木星质量)在哈勃太空望远镜拍摄的图像中被发现。

炙热的超级地球：HD 108236 B

炙热的超级地球HD 108236 b的艺术效果图. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)

TESS在2020年最有趣的发现之一是一个由四颗行星组成的系统，围绕着一颗名为HD 108236的类太阳恒星运行。这些行星被发现者描述为 "一颗超级地球和三颗亚海王星"，它们涵盖了太阳系中没有的行星尺寸范围: 比地球大，比海王星小。

因此，发现小组将它们描述为 "一个令人兴奋的理想宇宙实验室，用于测试行星形成演化的模型"。尤其值得关注的是四颗行星中最内侧的一颗，即超级地球HD 108236 b。它的质量是地球的三倍以上，轨道距其恒星比地球距太阳近22倍. 这使得它的公转周期非常短，只有3.8天, 当然也使得它温度过高而不宜居。美国宇航局估计它的表面温度为825摄氏度。

最诡异的轨道：HD 106906 B

系外行星HD 106906 b的艺术效果图，该行星的轨道离其宿主恒星和可见的碎片盘非常遥远. (Image credit: NASA, ESA, and M. Kornmesser (ESA/Hubble))

这颗巨大的行星质量约为木星的11倍，是少数通过直接成像发现的系外行星之一。

它最初由智利的拉斯坎帕纳斯天文台于2013年发现，但直到2020年才成功利用美国宇航局的哈勃望远镜收集到的数据计算出其轨道细节。它被证实拥有一个非常奇特的轨道: 距离其宿主双星约1100亿公里，这是日地距离的730倍。这个超长的轨道半径使得这颗行星的公转周期出奇的长，约为15000个地球年。

银河系外行星: M51-ULS-1B

涡状星系(Messier 51)的哈勃合成图像. (Image credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

迄今为止人类发现的大多数系外行星在宇宙中距离我们相对较近, 一般在3000光年左右, 仍在银河系范围内。在其他星系当然也有无数的系外行星, 我们在2020年首次发现，其潜伏在涡状星系Messier 51中。它在距离我们遥不可及的2800万光年之外, 被称为M51-ULS-1b，通过传统的凌星法探测，但使用的是X射线波段而不是可见光进行观测。

这颗行星围绕着一对X射线双星系统运行，该系统由一颗普通的类日恒星和一个更为致密的天体(如中子星或黑洞)组成。这些系统是强大的X射线发射源，这也是为什么它们可以在遥远的地方被探测到。

又小又快: GJ 367 B

一颗被系外行星环绕的红矮星的艺术图. (Image credit: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)

于2021年12月宣布发现的系外行星GJ 367 b是一个异类。它是一个小行星，质量约为地球的一半，而且它距离其恒星非常之近，以至于它的公转周期只有短短8个小时。换句话说，这颗行星的一年仅仅是地球日的三分之一。

GJ 367 b距离我们31光年以内，这么近的距离使得天文学家可以详细研究它的特性。我们已经计算出它的构成可能与水星相似，而且具有更高的表面温度: 该行星的白天温度高达1500℃。毫无疑问这对生命的生存来说太热了, 不过有可能还有其他更适合居住的行星在同一恒星的更远处运行。

全新大气层: GJ 1132 B

和地球大小接近的岩石系外行星GJ 1132 b.的艺术图. (Image credit: NASA/JPL-Caltech Robert Hurt (IPAC))

GJ 1132 b在2015年被智利的Cerro-Tololo天文台发现时，它成为了当时已知的最接近地球的系外行星。如此近的距离使得美国宇航局的哈勃望远镜可以对其进行仔细观察。哈勃望远镜能够看到这颗行星的大气层，并取得了惊人发现。

基于观察证据和计算机建模的结合，科学家们认为这是一个由火山活动形成的次级大气层。在此之前, 该行星母星的辐射破坏了其原有的大气层。不过这个新的大气层并不舒适宜人，它由分子氢、氰化物、甲烷和气溶胶雾组成。

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图片来源: Reddit

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