这是个全新的系列|如何寻找太阳系以外的星球?

这是个全新的系列 , 虽然叫“俗说星球”但是我们不聊太阳系内的天体 , 而是把目光聚焦在系外行星这个领域 , 看一看太阳系以外那些千奇百怪的星球 。
不像宇宙给人的感觉非常抽象 , 系外行星相较来说比较具象 , 想象起来更加友好 。 所以这个系列的内容应该不会有什么门槛 , 无论你是天文爱好者还是一点都不了解的小白 , 相信都很容易接受 。
为了日后更轻松地观看该系列内容 , 作为第一期 , 我觉得有必要先介绍一些基础知识 , 比如那些遥远的星球动辄多少多少光年 , 那天文学家们是怎么观测的呢?在系外行星探索方面人类目前又走到了哪一步?
系外行星 , 也就是太阳系外围绕其他恒星公转的行星 。 由于距离和技术限制 , 目前发现的系外行星几乎都在银河系内 。 而银河系内的恒星数量目前估计在千亿级别 , 这意味着系外行星的数量可能也在这个规模 。 虽然数量庞大 , 但这只是理论上推测的总的数量 , 实际中现在已确认的只有五千多颗 。
这些已确认的系外行星 , 大约有1/3是气态巨行星(也就是类似木星这样的气态行星) , 有1/3是类海王星天体(就是大小类似海王星这样的气态行星) , 还有1/3是超级地球(就是质量比地球大 , 但是又比海王星小的纯岩质或混合态行星) 。 除了这三种以外 , 剩下的基本都是和地球差不多的类地行星 。
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已确认系外行星类型及数量
很久以前人们就认为太阳系外应该会存在其他行星 , 但是受限于技术 , 一直到上世纪末人们才真正意义上的发现了它们 。
第一次发现系外行星的踪迹 , 最早要追溯到1984年 。 当时人们先是在一颗距离我们63光年外的恒星周围发现了一个巨大的气体尘埃盘 。 这意味着这颗恒星应该刚诞生没多久 , 周围很多物质都还没有来得及聚集成天体 , 那这个诞生行星的地方就被称为原行星盘 。
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后来欧洲南方天文台(ESO)通过直接成像法 , 真的在这里确认了两颗行星的存在 。 不过能够直接成像这显然已经是后来的事了 , 因为直接成像法是这些年才开始使用的 。 除了设备的精度要求外 , 这种观测方法难度非常高 , 只适用于非常特殊的场合 。 例如行星个头需要非常大 , 距离恒星要足够远 。
个头大意味着它能反射更多的光 , 所以更容易被看到 。 距离恒星足够远是因为恒星的光非常亮 , 看起来就像个远光灯 , 所以要观测它周围的行星通常需要借助星冕仪来把恒星给遮挡住 , 这样才不至于“灯下黑” 。
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所以直接成像法并不是说拍到了非常清晰的行星图像 , 它只是通过观测恒星光中的红外线是否有被反射 , 从而判断这里有没有行星 。 这种方式不光对设备有要求 , 对行星所处的环境也有要求 。 直到今天 , 通过这种方式确认的系外行星仍然屈指可数 。
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早先观测系外行星的方法靠的是径向速度法 , 也叫视向速度法或多普勒频谱法 , 比如第一颗系外行星飞马座51b的发现用的就是这种方法 。
这里顺带再提下系外行星的命名规则:我们经常看到XXXb、XXXc、XXXd , 这些行星的名字并不是按距离恒星的远近来编号的 , 而是发现的先后顺序 。 比如“飞马座51b” , 这个“b”说明它是我们在飞马座51这颗恒星周围发现的首颗行星 。 由于a通常指代恒星本身 , 所以第一颗行星就用b , 然后是c、d、e , 以此类推 。