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

  • 浙江安吉:暑期乡村文旅热

  • 北京:机器人在公园“上岗”

独家策划

推荐阅读
这不只是一幅地质图,还是一套中国自主的图例标准。
2026-08-07 09:48
最近不少“中国神器”在全球刷屏。这些出圈的国货新品,早已摆脱低端代工、低价走量的旧标签,折射出中国制造的创新迭代与品质跃升。国货新品不断出圈、新产业蓬勃发展的背后,是中国制造的硬核实力。
2026-08-07 09:47
今年7月,国家药监局批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。5月,恒瑞医药与百时美施贵宝达成新药授权合作,确定性付款9.5亿美元……今年以来,我国新药的好消息不断。
2026-08-07 09:47
在数据要素赋能方面,2025年国家数据局发布了100个公共数据“跑起来”示范场景,联合19个部门组织举办2025年“数据要素×”大赛并发布241个典型案例。
2026-08-07 09:46
近日,北京市14家市属公园陆续迎来多款机器人“新员工”,它们在公园“上岗”,承担清洁清扫、智慧巡检、问询导览、水面救援、绿化养护、生态监测等多项任务,将智慧服务融入公共生活。
2026-08-07 03:10
团队攻克了满足多功能、智能化的海缆敷设双通道布缆作业系统设计技术,使作业系统具备高度自动化和智能化水平。
2026-08-06 09:48
近日,云深处自主研发生产的四足机器人完成海关通关后出口瑞士,用于当地厂区安防、地下管网隐患排查等业务场景。“核电安全标准严苛,产品能够在瑞士核电站成功落地,充分印证国产机器人的稳定性和可靠性,我们已达成扩产合作意向。
2026-08-06 09:48
记者6日从中国科学院高能物理所获悉,我国科研人员领衔的北京谱仪Ⅲ实验国际合作组,历经15年实验研究,首次证明一类全新物质形态——胶球的存在。
2026-08-06 09:47
记者5日从中国科学院近代物理研究所获悉,该所科研团队与合作者依托强流重离子加速器装置(HIAF),成功产生并鉴别了稀有原子核铪-153。实验中,团队利用HIAF增强器提供的铋-209束流轰击石墨靶,通过弹核碎裂反应产生放射性核素。
2026-08-06 09:47
记者日前从陆军军医大学新桥医院血液病医学中心获悉,由该中心张曦教授和宋清晓研究员领衔的研究团队,首次揭示了皮肤慢性移植物抗宿主病(cGVHD)“久治难愈”的核心机制,找到了打破纤维化恶性循环的关键“开关”。
2026-08-06 02:30
最初,动画和实拍泾渭分明,然而随着手工转描、仿真合成、运动捕捉这类手段的引入,动画和实拍开始相互渗透。AI对动画与实拍的缝合,会将影像艺术彻底引向“泛动画”的时代。
2026-08-05 09:33
衣服透气不闷汗、个性化定制汽车交付快、人形机器人型号多,商品性能更好、生产效率更高、创新活力更足……近年来,这些生产生活中的变化,折射出纳米制造、柔性制造、共享制造等新趋势。
2026-08-05 09:26
在这样的微观世界里,科学家操控原子和分子,设计制造具有特殊性能的新材料、新器件,这就是纳米制造。目前,纳米制造已经实现在原子分子量级设计新材料,按需定制材料的储能、催化、防腐、导电等特性,突破传统制造的性能天花板。
2026-08-05 09:26
近日,中国农业科学院都市农业研究所联合国内外科研单位,发现了改良生菜体内的营养和风味物质的基因密码。生菜在被人类驯化与改良的漫长过程中,口感和营养发生显著变化,这背后离不开关键基因的“调控”。
2026-08-05 09:24
当地时间3日,在意大利佛罗伦萨举办的第46届国际空间研究委员会(COSPAR)科学大会上,中国气象局王劲松研究员荣获威廉·诺德伯格奖章。王劲松是首位获此殊荣的中国科学家,并同步获得一颗小行星命名。此次获奖表明,我国空间科学与应用领域研究成果获得国际学术界高度认可。
2026-08-05 07:40
石墨烯,单层碳原子排成的蜂窝薄膜,薄到极致。但把它一层层摞起来时,层与层之间如何错位——用专业术语叫作堆垛方式——会彻底改写材料的“脾气”。
2026-08-04 03:05
中国石化重庆川维化工公司5万吨/年特种聚乙烯醇(PVA)树脂装置日前顺利一次开车成功并产出合格产品,首批货品已发往欧洲。至此,川维化工PVA总产能达21万吨/年,跃居全球单一工厂中最大的高端PVA生产基地。
2026-08-04 03:05
菱方堆垛的石墨烯有一个天然“超能力”:电子彼此间的相互作用强,集体表现出超导、磁性等奇特行为。这在物理学上叫“强电子关联”——电子不再是各自乱跑的粒子,而是有着充分沟通的步调一致的集体,像一支训练有素的“乐队”。
2026-08-04 03:05
今年上半年,人工智能领域一系列标志性成果密集落地。在技术、应用、生态、治理的协力牵引下,人工智能产业迸发出前所未有的发展活力,赋能实体经济的成效持续凸显。
2026-08-04 09:31
近日,由人力资源社会保障部、安徽省人民政府共同主办的“创赢未来”创业大赛(以下简称“大赛”)全国赛在安徽合肥圆满收官。在大赛同步举办的创业安徽成果展区,一瓶瓶单原子农药整齐陈列,它们同样是“人工智能+创业”的杰作。
2026-08-04 09:31
加载更多