怎樣尋找系外行星

30年前，人類尚不知道在太陽系外還有沒有行星存在。直到1991年，天文學家才檢測到一個圍繞著脈衝星旋轉的行星。4年後，又有科學家發現了一顆圍繞著一個類似太陽的恆星運轉的行星，科學家將其命名為飛馬座51b。

移動的目標

2012年，約翰森的研究小組發現了3顆圍繞一顆較小的、相當昏暗的紅矮星KOI-961旋轉的行星，這是第一次在紅矮星周圍發現岩石小行星，也是目前發現的最小的太陽系外行星。搜尋太陽系外行星最常用的方法是中天法，也叫凌日法。當行星掠過恆星朝向地球的一面時，這顆恆的星亮度會有微弱的下降。通過對其亮度下降的幅度的檢測，可以推算出這顆行星和它繞行的恆星的體積比例。行星越大，阻擋的恆星光越多，恆星亮度下降就越大。所以，恆星越大，圍繞它的小行星便越難發現。在該研究中心觀測的15萬個左右的恆星中，紅矮星只佔3%，它們位於只是距地球數百到數千光年之外的銀河系的一角。但是天文學家認為，在整個銀河系恆星中，紅矮星佔70%。也因此，約翰森認為，在銀河系昏暗的紅矮星周圍，幾乎沒有潛在的生命棲息地。紅矮星不能滋養能產生生命的行星。

有兩個太陽的地方

長期進行太陽系外行星研究的科學家斯蒂芬·科恩和博士後那塔利·西科爾一直著迷於另一種恆星系統，即聯星系統，在這個系統中有兩個或更多恆星相互圍繞旋轉，行星則圍繞這個聯星系統旋轉。他們通過計算機模擬計算，認為這種聯星系統中存在宜居帶的可能性更高。西科爾和卡恩根據聯星體系中兩個恆星的質量、亮度和它們之間的距離等數據，重新計算了已知的聯星系統內的宜居帶，發現體積相近的恆星組成的聯星系統的宜居帶是花生狀的。卡恩建立了一個龐大的太陽系外星系宜居帶資料庫，收集了已經計算出的宜居帶。目前，卡恩主要用三種方法檢測太陽系外行星，第一種是微引力透鏡法，通過檢測系外星系的恆星引力造成的光線彎曲，繪製遙遠的恆星的圖像。第二種就是前面提到的凌日法。第三種是徑向速度測試法，通過測量圍繞著恆星旋轉的行星所造成的恆星的抖動捕捉行星的存在信號。卡恩是唯一一位可以同時運用這三種方法計算行星運行軌道的人。凌日法主要用來計算恆星和行星的體積比例，徑向速度方法主要用來測量行星的質量。通過這些信息，可以計算出某個行星的平均密度，據此獲得這個行星的基本成分信息。收集該行星在其恆星背面抖動（次蝕）的數據，並以不同波長繪出圖像，便可初步繪製出該行星的大氣層圖譜。有了這種圖譜，就能嘗試算出該行星的構成成分的詳細情況，及其表面溫度。通過測量該行星凌日時的亮度，推算其大氣層吸收了恆星的哪些波長的光。由於不同的分子會吸收不同波長的光，根據這些數據，可以計算出該行星更詳細的大氣構成情況。捕捉這些微弱的信號，主要依賴美國航空航天局的斯皮策太空望遠鏡和哈勃太空望遠鏡。克努森和她的同事目前正在探測更大的行星。「我想知道，和木星大小相當、表面溫度高達1000開氏度的行星看起來是不是都一樣。這些行星的大氣層中諸如甲烷和水的含量一樣嗎？它們都有雲嗎？」克努森說，「我們想了解更詳細的信息，而不只是岩石星球和巨大氣體星球的簡單分類。」

直達路線

琳妮·希倫柏蘭德在用另外的方法檢測這些信息，她依靠的是一種名為「1640工程」的高清晰成像系統。「1640工程」是為帕洛瑪天文台的霍爾望遠鏡特別設計的，可以讓天文學家直接收集較近的太陽系外行星的廣闊的光譜，不論這些行星距離自己圍繞的恆星是遠還是近。經過近10多年的開發研究，「1640工程」於2012年6月開始了它的觀測，並且很快就有了成果。至今為止，它已經搜集到了四個過去已知的圍繞恆星HR 8799（這個恆星也出自飛馬座）旋轉的行星的光譜，這顆恆星距地球129光年，這些行星的體積是木星的5到10倍。琳妮·希倫柏蘭德說：「在採集行星的光譜時，我們必須擋住恆星的強光。有些年輕的恆星，其亮度是圍繞其運行的行星的100萬倍。」該計劃的提出者是原美國自然科學史博物館的博士本·奧本海默。奧本海默最初為美國空軍研發了自動電光望遠鏡。在帕洛瑪的研究機構拓展了奧本海默的設想，用更大霍爾天文望遠鏡和精密的適應性光學儀器系統，使地球大氣層對望遠鏡的影響降到最低。美國噴氣動力實驗室的工程師給霍爾天文望遠鏡後端裝上了附加的計算機硬體，進一步減弱了地球大氣層的干擾並矯正了折射和散射光誤差。在該儀器的中央，有一個日冕儀，以阻擋來自恆星的強光，還有一個光譜儀。經過仔細處理，便可提取出行星天體的信號。再過幾年，「1640工程」將完成200多個比太陽更熾熱的恆星系統的觀測，不過能否找到更多的類地行星，就很難說了。太陽系外行星的研究人員都在努力尋找太陽系外的神奇存在——銀河系有多少行星？它們如何形成？又在何時形成？它們的光譜是什麼樣的？它們中的哪個可能有生命存在？這些信息包含著生命演化的秘密嗎？希望有一天我們能找到一個有生命存在的星球。
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