什么是「系外行星」,有哪些有效的搜寻方法和著名的系外行星?


首次回答这方面的问题,若有问题还望大家指出,谢谢大家。

Ⅰ.什么是系外行星?

系外行星即太阳系之外的行星,目前来说绝大部分已发现的系外行星都在银河系内,2018 年首次在银河系之外发现了系外行星 -- 流浪行星(顾名思义,就是没有所围绕的恒星的行星)。

Ⅱ.如何搜寻?

这里介绍几种自己比较熟悉的,欢迎补充。

①凌星法

图 1:凌星光变曲线

如图 1 所示,当行星运行到其恒星与我们视线之间时,在我们看来,恒星的光度会被遮挡一部分。相对于行星未遮挡恒星时,我们观察到的恒星的亮度会下降,出现一个凹槽(如图 1 所示,和金星凌日相似)。我们通过追踪恒星光度的变化(光变曲线),来间接推知其是否存在(系外)行星。

目前我们发现的系外行星中的绝大部分均采用的是这种方法。

②视向速度法

图 2:视向速度 - 多普勒效应

恒星行星系统中,恒星并非是行星公转的圆心,也并非静止不动。实际上,它们是绕着共同的质心在作圆周运动,因此恒星也是在绕着共同的质心作圆周运动。根据多普勒效应可知,当恒星朝向我们运动时,它的光谱会发生蓝移,当恒星远离我们时谱线会发生红移(如图 2 所示)。我们通过测量恒星谱线的移动,间接推知(系外)行星的存在。

1995 年人类首次在类太阳恒星附近发现了系外行星 -- 飞马座 51b,当时采用的就是视向速度法。

国家天文台的 2.16 米望远镜做过视向速度的测量工作。

③微引力透镜法

图 3:观察者、恒星行星系统、背景光源

爱因斯坦的广义相对论告诉我们质量会使其周围的时空弯曲。

当背景光源与观测者之间有恒星行星系统经过时,恒星行星系统的质量会造成其周围时空的弯曲,会使背景光源的光线发生汇聚(如图 3),观测者接收到的光线的强度会突然增强(恒星行星系统的质量对光线所引起的效应类似于“透镜”),表现为光变曲线的凸起。而因行星在绕着恒星公转,亦即恒星行星系统是不稳定的,会使得观测者接收到的光变曲线(叠加)有一个异常的“峰”(如图 4 所示)。我们通过寻找光变曲线上异常的“峰”来间接推知(系外)行星的存在。

利用微引力透镜法,我们可以搜寻非常遥远的系外行星。

图 4:微引力透镜中的光变曲线

利用这种方法可以搜寻一类特殊的系外行星 -- 流浪行星。2018 年首次在银河系外发现的系外行星便是采用的微引力透镜法。

此外,此方法是清华天体物理中心毛淑德老师在博士期间和其导师的首创。

④直接成像法

之前的三种方法均是间接搜寻系外行星的方法,我们并没有直接得到系外行星的“照片”。

直接成像法的难点在于恒星、行星之间的亮度差异巨大,“直接给系外行星拍照的难度,好比从千里之外拍摄距鸟巢火炬几米远的萤火虫”。

虽然难度很大,但还是有办法。科学家采用了日冕仪,利用日冕仪我们可以恰好遮挡住恒星,从而相对比较容易拍摄恒星旁边的(系外)行星。

(小实验:可以试着看室内灯的旁边一处,然后用恰当的物体挡住灯,再看同一个地方,是不是会清楚一些?)

当然还有一些其他搜寻系外行星的方法,欢迎大家补充。

Ⅲ.著名的系外行星?

我不知道哪些系外行星是著名的,分享一部分个人感觉比较有趣的系外行星吧(有点不对题)。

①多星系统

所谓多星系统,是指此类系外行星的公转恒星多于 1。如图 5 所示,系外行星 Kepler-16b 就围绕着两颗恒星公转,所以“在那里,我们的影子不会孤独“。

图 5:在那里,我们的影子不会孤独。

我们甚至还发现了三星、四星等多星的恒星行星系统。

②多行星系统

图 6:同太阳系拥有同样数量行星的 Kepler90 系统

在 Kepler90 系统中发现了 8 颗行星(如图 6),这是目前已探测到的拥有系外行星最多的恒星。

(Google&NASA 通过 AI 发现的该系统的第八颗行星 Kepler 90-i)

③瓦肯星

《星际迷航》的作者曾经假定故事中的瓦肯人的母星是瓦肯星,并写出了大致的位置。巧合的是,18 年佛罗里达大学的学者,在《星际迷航》作者无心写的位置附近发现了一颗系外行星,被戏称为“瓦肯星”。

通过系外行星的搜寻,发现了很多与我们太阳系行星迥异的系外行星。

完。

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