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。隨著人類發現太陽係中的其他行星，探測銀河係的真實範圍，以及探索銀河係之外的其他星係，人類提出的這個(ge) 問題隻會(hui) 越來越深刻。

這是一顆質量約為(wei) 木星10倍的係外行星WASP-18b，它距離地球約330光年，右下角是光學和x射線數據。來源:NASA/錢德拉

長期以來，天文學家和科學家一直懷疑銀河係和宇宙中的其他恒星係統也有自己的行星，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“太陽係外行星”的方法逐漸得到了改進，被證實存在的行星也相應增加了(接近2000個(ge) !)

係外行星的定義(yi) ：

太陽係外行星，又稱係外行星，是圍繞一顆恒星(即太陽係的一部分)運行的行星，而這顆恒星並不是太陽。我們(men) 的太陽係隻是數十億(yi) 星係中的一個(ge) ，在這些星係中，有許多很可能有自己的行星係統。早在16世紀，就有天文學家提出了太陽係外行星存在的猜想。

意大利哲學家喬(qiao) 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(yu) 太陽相似，也有行星繞其運行的觀點。

到目前為(wei) 止，在我們(men) 的宇宙中發現的可能適合居住的係外行星名單。來源:phl.upl.edu

在18世紀，艾薩克·牛頓在總結他的《原理》的“一般經院哲學”部分提出了類似的觀點。在與(yu) 太陽的行星進行比較時，他寫(xie) 道:“如果這些恒星像太陽一樣，是行星的中心，那麽(me) 這些星係將有與(yu) 太陽係類似的結構——行星圍繞一顆恒星運行。”

自牛頓時代以來，人們(men) 提出了各種各樣的觀點，但都被科學界認為(wei) 是錯誤的。20世紀80年代，一些天文學家聲稱，他們(men) 在附近的恒星係統中發現了一些太陽係外的行星，但多年以後才確認它們(men) 的存在。

首次發現：

太陽係外行星如此難以探測的原因之一是，它們(men) 甚至比自己所環繞的恒星還要黯淡。此外，這些恒星發出的光會(hui) 把行星“洗掉”——也就是說，使它們(men) 無法被直接觀測。最終，直到1992年，天文學家亞(ya) 曆山大·沃爾茲(zi) 森和戴爾·弗雷爾使用波多黎各的阿雷西博天文台，觀察了幾個(ge) 地球質量的行星圍繞著脈衝(chong) 星PSR B1257+12旋轉，才有了第一次發現。

直到1995年才首次證實有一顆係外行星圍繞著一顆主序星運行。這顆係外行星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(wei) 4天。

最初，大多數探測到的行星都是與(yu) 木星相似或比木星大的氣態巨行星，被稱為(wei) “超級木星”。這些氣態巨行星的發現並不是因其比岩質行星(即類地行星)更常見，而是因為(wei) 氣態巨行星的體(ti) 積更大，更容易被探測到。

開普勒任務:

NASA於(yu) 2009年3月7日發射了開普勒太空望遠鏡，以文藝複興(xing) 時期的天文學家約翰內(nei) 斯·開普勒的名字命名。作為(wei) NASA發現計劃(Discovery Program)的一部分，開普勒的任務是調查我們(men) 銀河係的一部分，以找到係外行星存在的證據，並估測銀河係中有多少顆恒星擁有行星係。

根據淩日探測法(見下文)，開普勒望遠鏡唯一的儀(yi) 器是一個(ge) 光度計，它可以在固定的視場中持續監測超過145,000顆主序恒星的亮度。這些數據被傳(chuan) 送回地球，由科學家分析，尋找由係外行星在它們(men) 的恒星前麵淩日(經過)而引起的周期性變暗的任何跡象。

柱狀圖顯示了過去約20年裏每年發現的行星數量，並根據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後續觀測中，在大約440個(ge) 恒星係統中發現了1013顆係外行星和3199顆未確認的係外行星。2013年11月，天文學家根據開普勒太空任務的數據稱，銀河係的類似太陽和紅矮星的宜居帶中，可能有多達400億(yi) 顆地球大小的行星運行。據估計，這些行星中有110億(yi) 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，但由於(yu) 結果遠超預期，使得任務時間延長了。2012年，這項任務預計持續到2016年，但因為(wei) 飛船的一個(ge) 反作用輪（用來給飛船定向）發生了故障，使任務時間變化。2013年5月11日，四個(ge) 反應輪中的第二個(ge) 發生了故障，導致無法收集科學數據，任務也難以繼續執行。

2013年8月15日，美國國家航空航天局宣布，他們(men) 已經放棄修複兩(liang) 個(ge) 反作用輪的故障，並相應地修改了任務。NASA並沒有放棄開普勒望遠鏡，而是提議改變其任務，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。該方案於(yu) 2014年5月16日獲得批準，被稱為(wei) K2“第二次光”。

宜居行星:

係外行星的發現也激發了人們(men) 尋找外星生命的興(xing) 趣，特別是在主恒星的宜居帶內(nei) 運行的行星上尋找生命。宜居帶也被稱為(wei) “溫和帶”，這是太陽係中足夠溫暖(但又不過熱)的區域，使液態水(及其中的生命)有可能存在於(yu) 行星表麵。

根據波爾多大學弗蘭(lan) 克·塞爾希思的研究，繪製了太陽係宜居帶(上一行)和Gliese 581星係(下一行)的示意圖。來源: 歐洲南方天文台

開普勒天文望遠鏡確認的第一顆處於(yu) 宜居帶的平均軌道距離的行星是開普勒-22b。這顆行星位於(yu) 天鵝座，距離地球約600光年，於(yu) 2009年5月12日首次被觀測到，2011年12月5日得到確認。根據已知數據，科學家們(men) 認為(wei) 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(ti) 層或氣體(ti) 層。

在開普勒天文望遠鏡投入使用之前，絕大多數被證實的係外行星都屬於(yu) 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發現了超過2900顆候選行星，其中許多都是地球大小或“超級地球”大小，許多位於(yu) 主恒星的宜居帶，有些甚至在類太陽恒星周圍。

探測方法:

雖然有些係外行星是用望遠鏡直接觀測到的(這一過程被稱為(wei) “直接成像”)，但絕大多數係外行星是通過間接方法探測到的，如淩日法和徑向速度法。

以淩日法為(wei) 例，觀察一顆行星在它的主恒星前麵穿過(即淩日)。當這種情況發生時，觀測到的恒星亮度會(hui) 下降一小部分，這可以用來測量和確定行星的大小。

淩日法可以用來測量行星的半徑，它的優(you) 點是有時可以通過光譜法研究行星的大氣。然而，這種方法也有相當高的誤報率，並且通常要求這顆行星的部分軌道與(yu) 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，並且是發現係外行星最多的方法。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(wei) 當行星圍繞一顆恒星運行時，它們(men) 之間會(hui) 產(chan) 生一種引力，使恒星自身繞著星係的質心在自己的小軌道上運動。

係外行星Beta Pictoris b在2009年被直接探測到。來源: 歐洲南方天文台

該方法的優(you) 點是適用於(yu) 特征範圍廣的恒星。然而，它的缺點之一是，它不能確定一個(ge) 行星的真實質量，隻能設置一個(ge) 較低的質量限製。但徑向速度法仍然是捕捉係外行星的第二有效的方法。

在另一種形式的方法中，對一顆正在發生天食的雙星進行計時，可以發現一顆圍繞這兩(liang) 顆恒星運行的外行星。截至2013年8月，用這種方法已經發現了一些行星，更多的行星得到了確認。

截至2014年9月，每年發現的太陽係外行星的數量，用顏色表示探測方法——徑向速度(藍色)、淩日(綠色)、定時(黃色)、直接成像(紅色)、微透鏡(橙色)。圖片來源: 公共領域

引力微透鏡方法指的是觀測恒星的引力場產(chan) 生的效果，就像一個(ge) 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(hui) 在放大時引起可檢測到的異常，從(cong) 而探測到它們(men) 的存在。這種技術在探測類日恒星中軌道較寬(1到10個(ge) 天文單位)的恒星時是有效的。

也有其他方法，用一種或結合多種方法，已經探測和確認了成千上萬(wan) 的行星。截至2015年5月，1214個(ge) 行星係統中的1921顆行星已被確認，482個(ge) 多行星係統也已確認。

參考資料

1.WJ百科全書(shu)

2.天文學名詞

3. Matt Williams - Universe Today- Phy-ray

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