系外行星的探测
□ 闻新 钱苇航
绘架座β星b（已知最年轻的系外行星）
人类已经发现多少系外行星？
太阳系外行星（简称系外行星）泛指在太阳系以外的行星。历史上天文学家一般相信在太阳系以外存在着其他行星，然而它们的普遍程度和性质则是一个谜，直至上世纪90年代，人类才首次确认系外行星的存在。
目前，没有人知道银河系中有多少行星，但天文学家认为，银河系里大约有百亿颗恒星，数千亿颗行星。因为系外行星比地球至少要大两倍，所以发现系外行星不是一件很难的事情。天文学家可以利用光学仪器观测遥远星系，同时借助计算机软件分析来自遥远星系的光线变化与运动的关系。截止2015年，天文学家已发现了大约2000颗左右的系外行星，并且每年还在增加。
飞船从地球飞往比邻星往返需要17万年
寻找系外星行星非常困难，原因之一是系外行星距离我们太远，另一个原因是系外行星发射光太弱，容易被恒星的光芒淹没。比如，距离我们地球最近的半人马座中“南门二”，它是颗三合星，其中一颗比邻星距离地球4.2光年左右，是距离我们最近的恒星。如果用最快的飞船，去比邻星旅行的话，往返需要17万年。人们在地球上寻找它发出光，就如同站在上海东方明珠上寻找哈尔滨上空的一支萤火虫。另外，行星本身不发光，系外行星的微弱光是反射附近恒星的光。
目前，探测系外行星的方法有多种，最主要有视向速度法、凌日法、微引力透镜法等等。“开普勒”空间望远镜使用凌日法，它在绕太阳运行的轨道上观测了10万颗恒星的光度。
多普勒频移（左侧为压缩光线的呈现蓝移，右侧为拉伸光线的呈现红移）
多普勒频移法
不同颜色的光线的频率不同，把不同颜色的光线按频率从小到大（或从大到小）连续的排列起来，就得到光谱。根据多普勒效应，当光源和接收光线的物体有相对运动，而且远离接收光线的物体时，物体收到的光线的频率比实际光线的频率要短，由于红光的频率比蓝光短，所以光源发出的光线在光谱上会向红光的方向偏移，称为红移。当光源和接收光线的物体有相对运动，而且光源靠近接收光线的物体时，物体收到的光线的频率比实际光线的频率要长，由于红光的频率比蓝短，光源发出的光线在光谱上会向蓝光的方向偏移，称为蓝移。当天文学家观测的星光出现蓝移或者红移时，他们就能知道有星体运动及其运动的方向。
大多数系外行星是通过多普勒效应发现的。这种方法也叫视向速度法。当恒星相对向着地球运行时，它发出的光波会被压缩，出现蓝移现象；当它远离地球时，它所发出的光则会被拉伸，出现红移现象。恒星的视向速度可以从恒星光谱线的移动推导出来。
一颗行星通过恒星的前方（凌日现象）
观测系外行星的凌日法
凌日法的基本原理是假如视角合适，当行星通过恒星前方时，便会暂时阻挡这颗恒星的光线。人们可以通过恒星光度的规律性改变，来获知这颗行星的存在。
这种现象只有在行星的轨道与观测点对齐时才能观测到，所以机会很小。但天文学家可以利用这种方法，来评断行星的真实质量和密度，进而对行星的物理结构有更多的了解。由凌日法所检测出来的行星，这种检测方法的虚假率很高，检测出的系外行星通常纪录为“待定系外行星”，还需要复查证明。除此之外，凌日法也可以帮助天文学家发现行星已知卫星外的其他的潜在卫星。
系外行星的名字大多采用神话中的人物
系外行星命名
从本世纪初开始，每个月都有新的系外行星被发现，平均每年大约有25颗系外行星被发现，随着观测技术的发展，尤其是人类在外太空架起了望远镜，发现系外行星的几率也在不断增加。目前，如何给这些系行星起名已经成为了一个严重的问题。负责给天体命名的“国际天文学联合会”，曾向天文观察俱乐部、高校、天文馆等组织征集为系外行星起名的建议，并且每年举行一次“命名系外世界”竞赛，参赛者给出的建议包括采用各种神话名字、著名科学家名字、文学作品中的人物、古城市，以及已灭亡语言的词汇进行命名。
“依巴谷”探测器 “室女座70”
最容易发现的系外行星
在地球上的夜空中，有两颗最容易被看见的系外行星分别为“Tau Bootse”和“室女座70”。“室女座70”于1996年被发现，其质量约为木星的7.5倍，其重力为木星的2倍~3倍，利用计算机估算出其表面温度很高。最初，科学家认为“室女座70”距地球仅29光年，故认为它在宜居带内。后来，欧洲发射的“高精度视差收集卫星”（又名“依巴谷”探测器），发现“室女座70”距离太阳78光年，轨道偏心率较大，距离中心恒星也较近，因此断定它不会位于宜居带内。
HD149026b热木星是目前发现的最热系外星系
什么是热木星？
热木星是一种太阳系之外存在的气态巨行星，它们的轨道非常靠近中心恒星，目前发现的多数系外行星也都属于热木星。因为热木星的轨道周期短，质量大，可以被现有的观测方法发现。由于热木星非常接近它的中心恒星，所以它温度非常高，已经发现的热木星中，HD149026b是最热的系外行星，其表面温度为2040℃。
天文学 家认为热木星主要是由氢和氦元素组成，并猜测热木星是由中心恒星附近的气体和尘埃形成的。中心恒星散发的热量驱使周围的气体和水气远离，遇到尘埃后凝结成固体，逐渐聚集形成行星，因为恒星的引力又将行星拉回恒星附近，就是目前人们观测到的热木星。
通常，热木星自转速度大约是1.2个地球日，直径大约是木星的1.3倍，云顶温度大约为1880℃ ，质量大约是木星的0.2倍~2倍，平均密度大约比木星低0.3倍，目前还不清楚它是否有卫星和类似的木星环。
2004年发现的热海王星Gliese436b
什么是热海王星？
热海王星是一种像海王星一样大的系外行星，但它的轨道离中心行星很近，如Gliese4 36b，这颗巨大的系外行星尺寸与海王星相当，而且它围绕着一颗红矮星运转。热海王星是由“热水冰”覆盖着的，尽管那里的高温接近315℃，但热海王星上的强引力使水处于奇特的高压下，于是形成了水冰状态，在太阳系中没有这种“热水冰”。
迄今为止，天文学家认为热海王星是地球体积的2倍，质量是地球的20倍，自旋周期是2.5个地球日，但并不确定它是气体系外行星还是液体固体行星。天文学家认为热海王星不同于热木星，它是由外层空间的气体和尘埃形成，然后渐渐地迁移到中心恒星附近，再渐渐变热。
下期预告：下期题目为“系外行星探索与发现”，将介绍“绿岸”望远镜、“韦伯”望远镜，法国COROT探测器以及最新发现成果等等。