点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:众里寻它千百度——系外行星探测方法简介
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

众里寻它千百度——系外行星探测方法简介

来源:光明网2021-12-02 14:02

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  近年来系外行星探测研究成果颇丰,在《终结地球孤独时代》系列文章中李海宁老师已为大家介绍了三种系外行星探测的主要方法。1995年,瑞士天文学家梅耶(Michel Mayor)等人利用视向速度法监测一颗“摆动”的恒星,发现了第一颗围绕类太阳恒星公转的系外行星-飞马座51b(参见:终结地球孤独时代 | 炽热的木星和摆动的太阳),这项发现在2019年荣膺诺贝尔物理学奖。视向速度法在系外行星探测研究中应用非常广泛,通过这种方法目前已经发现899颗系外行星(截止2021年11月26日) [1]。随着天文望远镜观测精度的提高,目前寻找系外行星效率最高的凌星法异军突起(参见:终结地球孤独时代 | 行星捕手开普勒),已经发现了3444颗系外行星(截止2021年11月26日)[1]。除了以上两种间接探测方法外,随着天文观测技术的发展,成像技术的“黑科技”也逐渐应用在系外行星探测当中。大口径望远镜提高了暗弱目标的探测能力,让直接观测系外行星成为可能(参见:终结地球孤独时代 | 技术革新脑洞大开)。目前利用大口径望远镜直接观测发现的系外行星共有54颗(截止2021年11月26日)。[1]

  不同的探测方法针对不同大小及与主星不同相对位置的系外行星各具优势,也各有局限。例如凌星法只能发现主星周围轨道存在掩食现象的行星,这些行星轨道倾角(公转轨道法线倾角)较大,容易形成选择效应。想要寻找不存在周期性掩食的系外行星,就需要根据它们的特点采用合适的探测方法。下面我们来介绍其他几种颇具特色的系外行星探测方法,它们发现行星数量虽然不多,但各怀绝技。

  作为天文学发展最早的分支,天体测量学也很早就应用于系外行星的探测,通过监测系外行星引力作用造成主星的位置变化来寻找它们的存在。天体测量法不受限于行星的轨道倾角与轨道半径,虽然探测效率较低,但可以用来寻找距离主星较远的系外行星,并精确测定这些长周期系外行星的轨道参数与质量。目前正在运行的盖亚卫星(Gaia mission)已经释放了大量高位置精度观测数据,我们有机会从中发现更多长周期的类木行星和类太阳系行星系统[2]

众里寻它千百度——系外行星探测方法简介

图1. 左图:天体测量法示意图,右图:盖亚卫星(图源:ESA/ATG medialab)

  前面我们提到了飞马座51b这颗具有里程碑意义的系外行星,但它却不是人类发现的第一颗系外行星。1992年,波兰天文学家沃尔兹森(Aleksander Wolszczan)利用阿雷西博射电望远镜(Arecibo radio telescope)监测脉冲星PSR1257+12后发现,这颗脉冲星也存在周期性的“摇摆”,后续的观测证明了这颗脉冲星的周围有三颗行星,其中质量最小的一颗仅为0.02倍地球质量,在当时引起了轰动)[3]。这种监测行星造成系统内其他天体的轨道周期、脉动周期,或者相对位置等物理特征周期性变化的方法叫做计时法,它同样可以发现行星系统中其他未知的行星。在无垠宇宙中,像我们太阳这样单独的恒星并不是大多数,很多恒星都像《三体》中描绘的一样,是以双星或多星形式存在的,而双星周围也可能存在行星,但这类行星的轨道正如三体问题一样复杂多变,难以探测。我们同样可以利用计时法,探测行星对双星绕转周期的影响,发现它们的踪迹。

众里寻它千百度——系外行星探测方法简介

图2. 第一颗系外行星PSR1257+12 b, c, d被发现后的新闻报导(图源:网络)

众里寻它千百度——系外行星探测方法简介

图3. PSR1257+12 b, c, d三颗行星艺术图(图源:NASA/JPL-Caltech)

  在距离主星较远的位置,也可能存在一类“流浪”行星,它们引起主星视向速度的变化微乎其微,从地球角度来看,也难以观测到掩食。但我们依然可以通过“碰运气”的微引力透镜法去寻找它们的身影。根据广义相对论,大质量物体会造成附近时空的弯曲。行星虽没有恒星或星系那样巨大的质量,但也能引起周围小尺度时空的弯曲。流浪行星在宇宙中“漂泊”,当它恰好从观测者和远处的一颗恒星之间经过时,由于这颗系外行星引起的微引力透镜效应,观测者会发现这颗恒星的光随着系外行星的经过而呈现短暂变亮过[4]。当地球上的望远镜观测这颗恒星时恰好捕捉到被微引力透镜偏折的星光,会发现目标星变亮。由于流浪行星的位置会不断改变,因此增亮的过程一般不会重复出现,是一项具有挑战的任务。目前通过微引力透镜法发现的系外行星共120颗(截止2021年11月26日)[1]。

众里寻它千百度——系外行星探测方法简介

图4. 行星与主星形成微引力透镜的几种情况:(a)前景恒星(红)从遥远的背景恒星(黄)与观测者之间经过时,前景恒星偏折背景恒星的星光,观测者可以看到背景恒星变亮;(b)前景恒星周围存在距离较近的行星(棕)时,除了看到前景恒星引起的背景恒星增亮外,还可能看到行星引起的引力透镜效应产生的另一个“突起”;(c)前景恒星周围的行星距离较远时,二者引起的背景恒星增亮很可能不会同时出现(出现的时间可能相差数年),可能只看到其中一种,而前景恒星和行星引起的背景恒星增亮都能被观测到的情况较为罕见(d)独立的流浪行星也可能会造成背景恒星小幅度增亮[5]

  随着人类探测技术的发展,不断有新的系外行星的探测方法、更高精度的探测设备和设计更加巧妙的探测计划涌现。科学家们正借助这些方法和设备发现更多的系外行星及候选体,多个探测计划也聚焦于系外行星自身及其大气性质的精细探测和研究,人类离发现下一个宜居家园又近了一步。更多精彩内容,请继续关注观天者说!

  参考文献:

  1. Gaia Collaboration. et. al., A&A, 2016, 595, A1.

  2. https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/

  3. Wolszczan, A., Frail, D. A. Nature, 1992, 355, 145

  4. Mao, S., Paczynski, B., ApJL, 1991, 374, L37

  5. Wambsganss, J., Nature, 2011, 473, 289.

  主创简介:王佳琪,中国科学院国家天文台在读博士生,主要从事太阳系外行星观测与研究。

  文稿撰写:王佳琪

  文稿编辑:蔡琳

[ 责编:涂子怡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平主持上合组织成员国元首理事会第二十五次会议

  • 上合组织天津峰会丨非遗迎贵宾 文明共璀璨

独家策划

推荐阅读
记者近日从国家发展改革委获悉,围绕《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》(以下简称《意见》),相关部门将制定出台一系列配套文件。具体来看,一方面将围绕《意见》提出的6大行动若干重点行业领域,分别制定“人工智能+”具体实施方案,进一步细化各行业目标任务、重点方向和工作举措。
2025-09-01 09:56
8月26日,国务院印发《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》。大力发展智能农机、农业无人机、农业机器人等智能装备,提高农业生产和加工工具的智能感知、决策、控制、作业等能力,强化农机农具平台化、智能化管理。
2025-09-01 09:55
生产车间里,抽气泵凹槽上蒸汽弥漫,极细的金属导体经过氯化液处理,三次涂漆后,再附上绝缘漆膜,最终制成直径仅0.012毫米的成品电磁线。 银西产业园甘肃康视达隐形眼镜有限公司的厂房内,智能化生产线高效运转,无人搬运车有序穿梭,整个流程高度自动化。
2025-09-01 09:53
江南大学是一所以轻工特色见长的“双一流”建设高校,发酵工程学科凭借深厚的学科积淀和前瞻性布局,成功跻身国家“A+”学科行列。学校与发酵行业龙头企业共建16个联合研究中心,聘请16名教授级高工和国家级科创人才担任工程技术导师,推动研究生深入产业一线。
2025-09-01 09:52
在山东省大学生创新大赛(2025)暨中国国际大学生创新大赛(2025)山东赛区比赛中,哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院参赛队共荣获10项金奖、1项银奖。 山东省特种焊接技术重点实验室是山东省焊接领域唯一的重点实验室,突出在特种环境、特种材料以及特种结构方面的焊接技术及装备制造研究。
2025-09-01 09:51
当前,全球科技革命与产业变革加速演进,人工智能(AI)正从“辅助工具”跃升为驱动社会变革的核心引擎。
2025-08-29 09:40
中国科幻完成了从文学、影视到互动娱乐的全产业链突破,步入业态融合与创新驱动的关键阶段。科幻阅读作为科幻产业链上游的基础产业,需率先探索高质量发展路径。
2025-08-29 09:38
作为太阳系中目前已知唯一拥有生命的天体,地球宜居性的形成与演化是地球系统科学研究的核心议题。
2025-08-29 09:35
国家气候中心统计数据显示,截至8月28日,华北雨季已持续55天,较常年雨季长度(30天)明显偏长。截至8月25日,华北雨季监测区累计雨量较雨季常年值偏多131%。
2025-08-29 09:18
8月29日是七夕节,在古代神话中,牛郎和织女因为被天上的银河隔开,只有在每年农历的七月初七才能通过鹊桥相会。那么,银河到底有多宽?
2025-08-29 09:17
浙江大学物理学院王浩华团队、杭州国际科创中心郭秋江超导量子计算团队联合清华大学邓东灵团队,在百比特超导量子芯片上观测到,“预热化”机制能有效抵御热激发扰动,使有限温度下的拓扑边缘态展现出了足够的稳定性,为保护脆弱的量子信息提供了新可能。
2025-08-28 09:47
6G时代,无论在城市楼群还是偏远山区,都需要数据的高速传输和快速接入,但基于纯电子技术的传统无线设备带宽受限、频段单一,难以动态调度频谱资源。
2025-08-28 09:47
8月26日,《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》发布。为何要出台这份文件?这份文件重点说了些什么?记者采访了国家发展改革委参与文件起草的专家。
2025-08-28 09:45
从“人工智能+”发展进展来看,朱克力认为,在政策层面,形成了举国体制,算力基础设施、数据供给、人才体系等基础支撑全面强化。
2025-08-28 09:37
工业和信息化部近日印发《关于优化业务准入促进卫星通信产业发展的指导意见》。意见明确,鼓励卫星通信在工业、农业、交通、能源、城市治理等各行业各领域创新应用。
2025-08-28 09:35
8月26日,国新办举行“高质量完成‘十四五’规划”系列主题新闻发布会,介绍“十四五”时期能源高质量发展成就。
2025-08-27 09:36
王蜜所在团队养蜗牛的装置和她用指甲油给蜗牛壳做的标记(首次发表,非授权禁止转载)。在中科院地球环境所,针对蜗牛壳体季节尺度研究,副所长晏宏提出的理念是,用空间换时间。
2025-08-27 09:47
8月8日至12日,第十届世界机器人大会在北京举行。”  近年来,更多养老机器人在家中、社区及养老机构落地应用,从桌面式机器人、轮式底盘型机器人到人形机器人,“人机共栖”的智慧养老图景正加速照进现实。
2025-08-27 09:45
作为海洋生物医药研发的特色方向,海洋中药尚不能满足中医药产业发展需求,其开发和利用还处于起步阶段。在产业转化环节,郑明月指出,应借鉴“算法开发—标靶确证—临床转化”范式,构建海洋天然产物专属数据库和AI工具。
2025-08-27 09:45
一项近日发表于《应用生理学、营养学与代谢》的研究发现,摄入动物蛋白质食物与更高的死亡风险无关,甚至可能降低与癌症相关的死亡率。论文第一兼通讯作者、加拿大营养策略公司负责人Yanni Papanikolaou表示,“综合这类观察数据与临床研究,很明显,动物蛋白和植物蛋白均有益于健康长寿。
2025-08-27 09:43
加载更多