1992年1月,两个宇宙天体永远改变了我们的银河系。
我们首次获得了太阳系外行星围绕外星恒星运行的具体证据:两个“岩石世界”,正围绕着距离我们2300光年的恒星运转。
现在,仅仅30多年后,这个数字已经呈现爆炸式增长。截止3月21日,已经有超过5000颗系外行星系已被确认。准确地说,美国宇航局系外行星档案现在记录了5005颗系外行星,每一颗都有其独特的特征。
这些系外行星中的每一颗此前都曾出现在业内的各项研究中,人们已使用多种检测和分析方法进行了观测。现代技术为人们提供了更多样化的研究太空的方式,例如最近发射的詹姆斯韦伯太空望远镜和即将推出的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。
“这不仅仅是一个数字,”加州理工学院NASA系外行星科学研究所的天文学家Jessie Christiansen说。“每颗系外行星都是一颗全新的星球、一个全新的世界。我非常兴奋,因为人类对它们一无所知。”
最早的两个系外行星系统是由天文学家亚历山大(Alexander Wolszczan)和戴尔(Dale Frail)发现的,它们的质量分别为地球的4.3倍和3.9倍,它们围绕着一颗被称为“毫秒脉冲星”的死星旋转,它以毫秒为单位,有规律地发射着无线电波脉冲。
1994年被命名为Lich的第三颗系外行星被发现绕着恒星运行,它的质量要小得多,只有地球的0.02倍。还有其它的系外行星分别被命名为Poltergeist、Phobetor和Draugr。
这些发现表明,银河系必然到处都是系外行星。脉冲星是中子星的一种:大质量恒星的死核已经喷射出大部分质量,然后在自身引力的作用下坍缩。它们的形成过程非常极端,通常起源于一次巨大的爆炸。
“如果你能在中子星周围找到行星,那么行星基本上必然无处不在,”Wolszczan说,“行星的诞生过程是非常稳健的、系统性的。”
但是有一个问题。用于识别这些系外行星的技术是基于来自于我们已知的恒星的有规律的脉冲时间,这些脉冲因轨道物体的引力影响而略有改变。这种技术仅限于脉冲星;它不适用于没有规律的毫秒脉动的主序星。
然而,当美国宇航局的天文学家威廉·博鲁基开创了凌日法,凌日法(Transit photometry)是系外行星侦测法之一。它的原理是,如果一颗行星从母恒星盘面的前方横越时,将可以观察到恒星的视觉亮度会略微下降一些,这颗恒星变暗的程度取决于行星相对于恒星的大小。
2009年发射的开普勒太空望远镜为该名单贡献了3000多颗已确认的系外行星,另有3000名“候选者”正在等待。
除了凌日法之外,天文学家还可以研究系外行星对其主恒星施加的引力效应。当这些物体围绕一个共同的重心运行时,一颗恒星似乎在现场轻微地“摆动”,改变了它的光波长。
此外,如果我们知道这颗恒星的质量,就可以研究它的摆动幅度来推断系外行星的质量;而且,如果你知道一颗恒星的亮度,就可以推断出这颗系外行星的大小。
木星是巨大的气态巨行星,它围绕着恒星的轨道非常接近,这就导致系外行星的温度可能比某些恒星还要高。
迷你海王星的大小和质量在地球和海王星之间,并且可能适合居住。还有“超级地球”,它们像地球一样由岩石构成,但质量可达地球的几倍。
直接研究系外行星非常困难——它们很小、很暗、很远,而且通常非常靠近一颗明亮的恒星,它的光会淹没系外行星反射的任何东西。对于系外行星的研究还有很多未知,除了我们当前的检测阈值之外,还有很多世界等待我们去发现。在未来几年,这些门槛将随着技术的进步而降低,我们可能会发现各种超乎人类想象的世界,甚至也许会在太阳系之外找到生命的踪迹。
“我有一种真正的满足感,并对那里的一切感到敬畏,”Borucki说。
“没有人预料到会有这么多种类的行星系统和恒星,这真是太神奇了。”
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