[科学技术]寻找另一个地球 科学家有四大法宝

开普勒-186f行星的意境

行星运动使频谱红移和蓝移

仰望星空空，地球之外还有适合居住的星球吗？这个问题带给人们无限遐想。

探索宜居星球的好消息不断传来。在美国国家航空航天局(nasa)宣布利用开普勒项目数据发现了一个新的“太阳系”后不久，科学家们宣布他们在38亿光年之外的泰空发现了一组行星，这些行星让人们的目光延伸到银河系之外寻找行星。

开普勒是怎么发现行星的？科学家如何看到遥远的行星？寻找系外行星的旅途中有哪些主要方法和看家技巧？《科技日报》记者采访了行业专家。

凌星观察:让开普勒成为太阳系外行星的猎手

开普勒-泰空望远镜于2009年发射，它是世界上第一架探测太阳系外类地行星的飞机。在任务的前三年半，开普勒望远镜连续监测了15万多个恒星系统，并产生了大量数据。

通过分析开普勒获得的数据，科学家们为系外行星选择了许多“候选”。根据美国宇航局官方网站的数据，开普勒发现了4496个“候选者”，其中2341个被证实。

事实上，目前科学家确认的系外行星约有3704颗。可见开普勒在扩大系外行星家族的过程中发挥了重要作用，当之无愧的“系外行星猎人”称号。

行星本身不发光，在耀眼的恒星的映衬下很难看清。那么，开普勒是如何“捕获”系外行星的呢？

“开普勒主要是通过中天法进行探测，也就是行星的遮挡效应，这也是目前行星探测的主要方式。”中国科学院国家天文台研究员苟利军告诉《科技日报》记者。

“金星凌日”是人们可以用肉眼观察到的凌星现象。金星在地球轨道内运行。在一些特殊的时刻，地球、金星和太阳会在一条直线上。这时，我们可以从地球上看到金星像一个小黑点一样在太阳表面缓慢移动。

当一颗行星在其主星前方飞行时，会阻挡主星的部分辐射，使主星的亮度看起来更低。虽然主星的亮度最多变化百万分之一，但科学家也可以收集到很多有价值的信息。在不直接看到行星的情况下，不仅可以判断行星的存在，还可以在合适的条件下获得与行星相关的大气信息。

勾立君认为，凌星方法可以根据恒星亮度的周期性变化来确定系外行星的轨道倾角，从而进一步确定行星的质量。凌星方法也能理解行星的大气结构。当一颗行星从它的主星前面经过时，主星的光线穿过行星最外层的大气层。通过分析此时主星的光谱，可以知道行星的大气成分。另外，行星的光谱性质可以通过中天法获得，从而分析行星的温度，甚至探测行星上云的形成。

虽然凌星方法更有效，但它不是万能的。比如，当一颗行星的轨道平面刚好垂直于人的视线时，恒星的光就不会被视线中的行星挡住，所以恒星的亮度变化就无法检测出来。

直接成像:拍一张地球的照片

凌星方法是间接获取系外行星存在的证据。有什么方法可以一窥系外行星的真实身体？答案是肯定的，就是直接成像。

2004年，法国科学家利用欧洲视觉(Eurovision)的超大型望远镜，直接拍摄了一颗围绕一颗褐矮星运行的热木星。这是人类历史上第一次通过直接成像拍摄到系外行星。勾立君指出，恒星是暗的，行星是亮的，所以看行星是不遮挡恒星的。通常需要遮挡中心星的光线进行观察。

如何才能挡住恒星耀眼的光芒，捕捉隐藏的行星？借助日冕物质抛射原理，科学家们在望远镜的前端放置了一个所谓的日冕物质抛射器，以遮挡恒星的光线。日冕是太阳大气的最外层。当日全食发生时，整个太阳都被月亮挡住，日冕很容易被观测到。通常，科学家用日冕仪观察日冕。

俗话说，“眼见为实”，在各种行星探测方法中，直接成像有其独特的优势，可以为科学家提供大量有价值的信息。以贝洛斯门B行星为例，它与原行星盘的相互作用以及在红外波段的不可见性对其质量施加了很强的限制。加上它非同寻常的亮度，科学家们认为它可能被一个巨大的环系统包围着。

但是到目前为止，直接成像观测到的系外行星数量并不多。只有大约1.2%的系外行星是通过直接成像识别的。在现有的观测技术下，不容易获得直接成像。只有在非常严格的条件下，才最有可能得到直接成像，比如行星很亮，主星很暗，它们之间的距离很长。因此，为了寻找大规模的系外行星，直接成像可能不是一个好的选择。

表观速度:多普勒效应的另一种应用

一辆按喇叭的车往前开，你会觉得越来越响，车渐渐远去，你会觉得越来越低。这是日常生活中多普勒效应的一个例子。

当科学家使用表观速度方法探测行星时，他们也使用多普勒效应。

“行星绕着恒星转，但与此同时，恒星也绕着它们的质心转。结果，当恒星向我们移动或远离我们时，恒星的谱线频率会发生微小而有规律的变化。通过观察这种微小的变化，在判断该系统是双星系统的前提下，推断出另一个天体的质量，根据质量确定行星的存在。”苟丽君解释道。

如果恒星的光被充分散射，就会发现恒星的光谱中有亮线，亮线就是恒星光谱中的发射线。当恒星向我们移动或远离我们时，发射线的频率会向高频或低频移动，分别称为蓝移和红移，就像声音频率变高变低一样。

通过分析恒星光谱中发射线的周期性变化，科学家可以推断出行星存在的证据。

但如果行星质量相对较小，由其引起的恒星光谱偏移不明显，很难从微弱的信号判断是否存在。勾立军指出，这样的方法更容易找到大质量的行星或者更靠近恒星的行星。

重力微透镜:发现离地球最远的行星

日前，俄克拉何马大学官网报道，该大学天体物理小组首次发现银河系外的行星。他们发现在距离地球38亿光年的rxj1131-1231星系中心，有一组质量介于月球和木星之间的行星。

这是迄今为止发现的离地球最远的行星群。研究小组的成员介绍说，他们已经用重力微透镜方法观察到了这些行星。通过建模数据分析特征信号的频率，从而确定行星的质量。

引力微透镜是如何发现行星的？首先，当恒星本身经过背景天体的前方时，引力微透镜会使背景天体在短时间内看起来更亮，这是由光度曲线上的一个凸峰反映出来的。

如果有额外的小山峰叠加在山峰上，那么恒星周围就有其他小质量的物体(如行星)。利用这种方法，天文学家可以判断系外行星的存在，并分析它们的质量和离恒星的距离。

“引力微透镜是找到远离地球的行星的唯一方法。但缺点是观察到的现象不能重复，不像其他方法，可以多次观察。”苟丽君说。