夜空中每一個遙遠、閃爍的光點,都是一顆恆星,都具有和我們太陽系一樣的可能性。這其中包括:外行星世界的可能性,生命的可能性,文明的可能性!在一個晴朗、漆黑的夜晚,宇宙有著無限的可能,你在仰望星空,而你的對面也可能有人正遙望著你!因此我們在研究恆星的同時,也在探索恆星的行星,因為行星才是生命的搖籃!下面就說下,我們是通過哪些手段研究太陽系外行星的?

研究系外行星要比恆星困難的多

如果在20年前,關於其他系外行星的可能性,我們只能根據理論來推測,其他恆星周圍可能存在類似太陽系的行星系統!這在理論上是肯定會發生的。但是現在不一樣了,我們已經確切的發現了圍繞其他恆星執行的行星!

首先我們要知道,研究行星要比恆星困難的多,因為恆星發光,品質不一樣光度不一樣,研究恆星光譜,我們也能知道恆星的組成!但是行星不發光,它們在暗處,沒有任何可直接觀測的條件,我們只能間接的去研究系外行星。

事實上,我們目前有兩種主要的方式來研究系外行星:恆星擺動和行星凌日。

恆星擺動法

在我們的印象中太陽除了自轉應該是固定在太空中的,行星圍繞著太陽公,這個想法其實是一個真實情況的近似值,畢竟,太陽的品質約佔太陽系品質的99.8% !但實際上,太陽向其他行星施加引力,那其他行星的引力也會作用於太陽。如果我們把木星放大很多倍,太陽和木星的情況就像上面的動圖一樣。(這個有些誇張了)

這一點很重要,如果我們現在離太陽系很遠,而太陽和另一個巨大的天體正在圍繞軌道執行,我們會看到什麼?

如果我們處在這個系統的側面,就會看到太陽運動軌道的一部分朝向我們,另一部分遠離我們。對於光而言,當恆星向我們移動時,光會發生藍移,而當恆星遠離我們時,光會發生紅移。

通過長時間的觀察紅-藍-紅-藍的振盪模式,我們就可以測量:

通過震動的幅度,我們就能知道恆星軌道中執行的行星品質,通過震動的週期變化,我們就能知道行星到恆星的距離,毫不奇怪,用這種方法發現的第一批行星品質非常大,從距離上非常接近它們的母恆星,因為這是用這種方法最容易看到這類行星!但是我們還有第二種方法...

行星凌日法

行星凌日!通常情況下,當我們觀察一顆恆星時,恆星會發出大致恆定數量的光線。但是如果有行星從恆星前面經過的話,行星就會擋住一定比例的光線。如果我們的儀器足夠靈敏,就可以檢測到光發射量的微小變化。

這個方法需要我們觀察的角度基本上和行星軌道平面一致,恆星系的其他行星將會依次經過母恆星前面,擋住光線:

通過測量被擋住的光量,我們就能知道行星的直徑通過測量遮擋的週期,我們就能知道行星到恆星的距離在太陽系中我們經常會說水星和金星的凌日現象,這是因為從地球上看,水星和金星是唯一能阻擋太Sunny的行星。

這就是開普勒計劃目前尋找行星的方法。

總結:研究案例,55 Cancri 一個五行星系統

總的來說,我們現在已經發現了超過1500顆太陽系外的行星!在這些行星中不僅有像水星、金星、地球和火星這樣的小型岩石行星。

還有像木星、土星、天王星和海王星這樣的大型氣態巨星。

我們還發現了"介於兩者之間"的行星。換句話說,這些行星看起來比太陽系所擁有的岩石行星要大得多,但卻沒有氣態巨行星那麼大。

這就是所謂的超級地球?

我們可以用以上兩種方法測量這顆行星:擺動和凌日。我們只要知道了它的品質和半徑,就能知道它的密度,也許我們還能知道這顆行星是由什麼構成的!

看一下巨蟹星座的55 Cancri,或稱rho Cancri,距我們地球只有40光年。首先通過擺動法探測到,55 Cancri至少有五顆行星圍繞著它執行。

雖然最外層的四顆行星是像木星那樣的氣態巨行星,但最裡面的一顆55Cancrie是屬於超級地球中的一顆。

這顆行星的密度為10.9克/立方厘米,幾乎是地球密度的兩倍,(地球是太陽系中密度最大的行星)。品質是地球的8倍多,但半徑只比地球大63% !怎麼會這樣呢?

事實證明,這顆行星可能是一顆像木星一樣的氣態巨行星遺留的緻密、高壓縮的核心,並不是一顆簡單的金屬球!它的表面有可能是石墨,內層是鑽石。

我們知道木星的核心是固體,而不是氣體。但如果我們把木星推到離太陽很近的地方,木星的外層大氣會被太陽剝離或者吞噬。而留下一顆緻密的核心。

因此具我們推測55Cancri e原本可能是一個與土星大小相當的氣態行星。但隨著它的大氣層被逐漸剝離,就留下了一個比地球大不了多少的核心,但它的品質和密度要比地球大得多!

這就是我們目前研究探索系外行星的方法。