幾代人以來，人類一直仰望夜空，想知道自己在宇宙中是否是孤立存在的。隨著人類發(fā)現(xiàn)太陽系中的其他行星，探測銀河系的真實范圍，以及探索銀河系之外的其他星系，人類提出的這個問題只會越來越深刻。
這是一顆質(zhì)量約為木星10倍的系外行星WASP-18b，它距離地球約330光年，右下角是光學(xué)和x射線數(shù)據(jù)。來源:NASA/錢德拉
長期以來，天文學(xué)家和科學(xué)家一直懷疑銀河系和宇宙中的其他恒星系統(tǒng)也有自己的行星，但直到近幾十年才觀察到這一猜想。隨著時間的推移，探測這些“太陽系外行星”的方法逐漸得到了改進，被證實存在的行星也相應(yīng)增加了(接近2000個!)
系外行星的定義：
太陽系外行星，又稱系外行星，是圍繞一顆恒星(即太陽系的一部分)運行的行星，而這顆恒星并不是太陽。我們的太陽系只是數(shù)十億星系中的一個，在這些星系中，有許多很可能有自己的行星系統(tǒng)。早在16世紀(jì)，就有天文學(xué)家提出了太陽系外行星存在的猜想。
意大利哲學(xué)家喬達諾·布魯諾是最早提出這一猜想的人，他是哥白尼理論的早期支持者。除了支持地球和其他行星圍繞太陽運行的觀點(日心說)，他還提出了恒星與太陽相似，也有行星繞其運行的觀點。
到目前為止，在我們的宇宙中發(fā)現(xiàn)的可能適合居住的系外行星名單。來源:phl.upl.edu
在18世紀(jì)，艾薩克·牛頓在總結(jié)他的《原理》的“一般經(jīng)院哲學(xué)”部分提出了類似的觀點。在與太陽的行星進行比較時，他寫道:“如果這些恒星像太陽一樣，是行星的中心，那么這些星系將有與太陽系類似的結(jié)構(gòu)——行星圍繞一顆恒星運行。”
自牛頓時代以來，人們提出了各種各樣的觀點，但都被科學(xué)界認為是錯誤的。20世紀(jì)80年代，一些天文學(xué)家聲稱，他們在附近的恒星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一些太陽系外的行星，但多年以后才確認它們的存在。
首次發(fā)現(xiàn)：
太陽系外行星如此難以探測的原因之一是，它們甚至比自己所環(huán)繞的恒星還要黯淡。此外，這些恒星發(fā)出的光會把行星“洗掉”——也就是說，使它們無法被直接觀測。最終，直到1992年，天文學(xué)家亞歷山大·沃爾茲森和戴爾·弗雷爾使用波多黎各的阿雷西博天文臺，觀察了幾個地球質(zhì)量的行星圍繞著脈沖星PSR B1257+12旋轉(zhuǎn)，才有了第一次發(fā)現(xiàn)。
直到1995年才首次證實有一顆系外行星圍繞著一顆主序星運行。這顆系外行星51 Pegasi b圍繞類太陽恒星51 Pegasi(距離太陽大約51光年的巨行星)運行，周期為4天。
最初，大多數(shù)探測到的行星都是與木星相似或比木星大的氣態(tài)巨行星，被稱為“超級木星”。這些氣態(tài)巨行星的發(fā)現(xiàn)并不是因其比巖質(zhì)行星(即類地行星)更常見，而是因為氣態(tài)巨行星的體積更大，更容易被探測到。
開普勒任務(wù):
NASA于2009年3月7日發(fā)射了開普勒太空望遠鏡，以文藝復(fù)興時期的天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·開普勒的名字命名。作為NASA發(fā)現(xiàn)計劃(Discovery Program)的一部分，開普勒的任務(wù)是調(diào)查我們銀河系的一部分，以找到系外行星存在的證據(jù)，并估測銀河系中有多少顆恒星擁有行星系。
根據(jù)凌日探測法(見下文)，開普勒望遠鏡唯一的儀器是一個光度計，它可以在固定的視場中持續(xù)監(jiān)測超過145,000顆主序恒星的亮度。這些數(shù)據(jù)被傳送回地球，由科學(xué)家分析，尋找由系外行星在它們的恒星前面凌日(經(jīng)過)而引起的周期性變暗的任何跡象。
柱狀圖顯示了過去約20年里每年發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量，并根據(jù)探測方法進行了細分。來源:NASA
截至2015年1月，在開普勒太空望遠鏡及其后續(xù)觀測中，在大約440個恒星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了1013顆系外行星和3199顆未確認的系外行星。2013年11月，天文學(xué)家根據(jù)開普勒太空任務(wù)的數(shù)據(jù)稱，銀河系的類似太陽和紅矮星的宜居帶中，可能有多達400億顆地球大小的行星運行。據(jù)估計，這些行星中有110億顆可能圍繞類太陽恒星運行。
起初，開普勒計劃時間是3.5年，但由于結(jié)果遠超預(yù)期，使得任務(wù)時間延長了。2012年，這項任務(wù)預(yù)計持續(xù)到2016年，但因為飛船的一個反作用輪（用來給飛船定向）發(fā)生了故障，使任務(wù)時間變化。2013年5月11日，四個反應(yīng)輪中的第二個發(fā)生了故障，導(dǎo)致無法收集科學(xué)數(shù)據(jù)，任務(wù)也難以繼續(xù)執(zhí)行。
2013年8月15日，美國國家航空航天局宣布，他們已經(jīng)放棄修復(fù)兩個反作用輪的故障，并相應(yīng)地修改了任務(wù)。NASA并沒有放棄開普勒望遠鏡，而是提議改變其任務(wù)，利用開普勒望遠鏡探測更小、更暗的紅矮星周圍的宜居行星。該方案于2014年5月16日獲得批準(zhǔn)，被稱為K2“第二次光”。
宜居行星:
系外行星的發(fā)現(xiàn)也激發(fā)了人們尋找外星生命的興趣，特別是在主恒星的宜居帶內(nèi)運行的行星上尋找生命。宜居帶也被稱為“溫和帶”，這是太陽系中足夠溫暖(但又不過熱)的區(qū)域，使液態(tài)水(及其中的生命)有可能存在于行星表面。
根據(jù)波爾多大學(xué)弗蘭克·塞爾希思的研究，繪制了太陽系宜居帶(上一行)和Gliese 581星系(下一行)的示意圖。來源: 歐洲南方天文臺
開普勒天文望遠鏡確認的第一顆處于宜居帶的平均軌道距離的行星是開普勒-22b。這顆行星位于天鵝座，距離地球約600光年，于2009年5月12日首次被觀測到，2011年12月5日得到確認。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，科學(xué)家們認為開普勒-22b的半徑大約是地球的2.4倍，可能被海洋覆蓋，有液體層或氣體層。
在開普勒天文望遠鏡投入使用之前，絕大多數(shù)被證實的系外行星都屬于木星大小或比木星更大的一類。然而，截至2014年3月，開普勒天文望遠鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過2900顆候選行星，其中許多都是地球大小或“超級地球”大小，許多位于主恒星的宜居帶，有些甚至在類太陽恒星周圍。
探測方法:
雖然有些系外行星是用望遠鏡直接觀測到的(這一過程被稱為“直接成像”)，但絕大多數(shù)系外行星是通過間接方法探測到的，如凌日法和徑向速度法。
以凌日法為例，觀察一顆行星在它的主恒星前面穿過(即凌日)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，觀測到的恒星亮度會下降一小部分，這可以用來測量和確定行星的大小。
凌日法可以用來測量行星的半徑，它的優(yōu)點是有時可以通過光譜法研究行星的大氣。然而，這種方法也有相當(dāng)高的誤報率，并且通常要求這顆行星的部分軌道與主恒星和地球的視線相交。
因此，通常需要另一種方法來確認。盡管如此，它仍然是最廣泛使用的探測手段，并且是發(fā)現(xiàn)系外行星最多的方法。開普勒望遠鏡使用的就是這種方法(見上圖)。
徑向速度法(或多普勒方法)涉及測量恒星的徑向速度，即它接近地球或遠離地球的速度。這是探測行星的一種方法，因為當(dāng)行星圍繞一顆恒星運行時，它們之間會產(chǎn)生一種引力，使恒星自身繞著星系的質(zhì)心在自己的小軌道上運動。
系外行星Beta Pictoris b在2009年被直接探測到。來源: 歐洲南方天文臺
該方法的優(yōu)點是適用于特征范圍廣的恒星。然而，它的缺點之一是，它不能確定一個行星的真實質(zhì)量，只能設(shè)置一個較低的質(zhì)量限制。但徑向速度法仍然是捕捉系外行星的第二有效的方法。
在另一種形式的方法中，對一顆正在發(fā)生天食的雙星進行計時，可以發(fā)現(xiàn)一顆圍繞這兩顆恒星運行的外行星。截至2013年8月，用這種方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些行星，更多的行星得到了確認。
截至2014年9月，每年發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星的數(shù)量，用顏色表示探測方法——徑向速度(藍色)、凌日(綠色)、定時(黃色)、直接成像(紅色)、微透鏡(橙色)。圖片來源: 公共領(lǐng)域
引力微透鏡方法指的是觀測恒星的引力場產(chǎn)生的效果，就像一個透鏡放大遠處恒星的光。隨著時間的推移，圍繞這顆恒星運行的行星會在放大時引起可檢測到的異常，從而探測到它們的存在。這種技術(shù)在探測類日恒星中軌道較寬(1到10個天文單位)的恒星時是有效的。
也有其他方法，用一種或結(jié)合多種方法，已經(jīng)探測和確認了成千上萬的行星。截至2015年5月，1214個行星系統(tǒng)中的1921顆行星已被確認，482個多行星系統(tǒng)也已確認。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. Matt Williams - Universe Today- Phy-ray
如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除
轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處
翻譯：天文志愿文章組- Phy-ray
審核：天文志愿文章組-
終審：天文志愿文章組-
排版：天文志愿文章組-零度星系
美觀：天文志愿文章組-
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3.原文來自：https://io9.gizmodo.com/what-are-extrasolar-planets-1706656300
（必須保留原文鏈接！！，請自行插入原文鏈接）
本文由天文志愿文章組- Phy-ray翻譯自Matt Williams - Universe Today的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系運營者刪除。
注意：所有信息數(shù)據(jù)龐大，難免出現(xiàn)錯誤，還請各位讀者海涵以及歡迎斧正。
全文排版：天文在線（零度星系）
轉(zhuǎn)載請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處
浩瀚宇宙無限寬廣 穹蒼之美盡收眼底
