新行星野外指南

四百多年前，意大利哲学家兼天文学家乔尔丹诺·布鲁诺（Giordano Bruno）就曾提出假说，认为宇宙中存在着无数的恒星，而无数的世界围绕着这些恒星运行。正是因为这一惊人的见解以及其他观点，他被天主教会斥为异端，并被处以火刑。

当已故的卡尔·萨根（Carl Sagan）在上世纪80年代面向电视观众发表类似的言论时，他虽然免于火刑，却也躲不过一些同行天文学家的讥笑。他们指出，在我们太阳系之外的任何星系中，尚未发现一颗行星。尽管如此，萨根的话在数百万观看他《宇宙》系列节目的观众心中仍回响——那里一定存在着数十亿颗恒星，围绕着数十亿颗行星运行。这一设想中最浪漫的含义显而易见：在这些数十亿颗其他行星中，有些必定落在了“金发女郎区”——既不太热也不太冷，与它们的恒星距离与我们与太阳的距离大致相同。可能存在其他地球。救赎终于在1995年10月到来——对于布鲁诺来说有点晚，对于萨根来说也几乎太晚了，他大约一年后去世。一支瑞士团队宣布发现了围绕着距离地球约50光年远的恒星51 Pegasi的引力扰动证据。其原因必定是一颗行星围绕该恒星运行。而令人惊讶的是：这颗行星很可能是一个质量与木星相似的巨大气体球，但它围绕恒星运行的轨道比水星绕太阳的轨道近八倍。这使得它非常热——也非常奇怪。当然，实际上没有人看到行星围绕51 Pegasi运行。探测是间接的。但事情就这样开始了。随着仪器的改进和更多眼睛的注视，行星的发现很快变得司空见惯。然而，一个挥之不去的疑虑仍然存在。证据似乎清晰，但没有人真正亲眼见过一颗新行星。

然后，在去年11月7日，行星猎手们——来自加州大学伯克利分校的Geoff Marcy、田纳西州立大学的Greg Henry、华盛顿卡内基学会的Paul Butler以及加州大学圣克鲁兹分校的Steven Vogt——终于获得了证据，来自一个围绕着天马座一颗名为HD209458的恒星运行的物体。当行星经过其恒星前方时，它会在地球上投下阴影，导致HD209458的亮度出现一个微小但可预测的下降。该行星的质量被计算为地球质量的200倍。一个月后，还有更好的消息：英国天文学家宣布他们已经观测到一颗已知围绕恒星Tau Boötis运行的热气体巨星反射出的微弱蓝绿色光芒。

截至1月份，天文学家已经证实了29颗围绕类日恒星运行的世界，以及许多有希望的候选者。其中三颗行星围绕着一颗恒星运行——这是首次发现另一个太阳系。天文学家发现了热行星、冷行星、围绕黄矮星运行的行星、围绕红矮星运行的行星、同时围绕两颗恒星运行的行星。最引人注目的是，他们发现了处于不冷不热区域的行星，这些行星可能宜居，或者拥有宜居的卫星。卡尔·萨根是对的，天文学家现在预计每个月左右就会宣布发现一个新的世界。水云世界

这些是迄今为止发现的气态行星中最冷的一种，也最像我们自己的太阳系。虽然其中许多位于诱人的液态水宜居带——恒星周围液态水理论上可以存在的区域——但据认为，其中没有任何一种能够支持生命。然而，它们可能拥有的任何卫星或许都具有宜居性。像木星一样，这些行星将拥有三层云：最上面一层是大气层顶部的硫化铵，然后是氨云层，最后是水、水蒸气和冰云层。这些云层可能会使行星具有反射性——可能与金星一样。大气层之间可能存在混合，以及条带、风、气旋和反气旋。寻找另一颗地球早在2011年，NASA就希望发射有史以来最宏伟的天文望远镜：陆地行星探测器（Terrestrial Planet Finder）。科学家们希望它能被用来回答生命是否存在于太阳系之外的行星上的问题。“当你提出有史以来最伟大的问题时，你需要一台伟大的望远镜，”该望远镜的项目科学家Charles Beichman说。行星探测器将由一个足球场大小的由四台巨型望远镜组成的阵列和一个母船组成。每台望远镜都将用其强大的红外眼睛对准距离地球50光年以内的一颗恒星，过滤掉眩光，并扫描行星的微小图像。每台望远镜的光线将被传输到母船，并合并成一张高分辨率图像。“我们将能够拍摄一个系统的快照，看到围绕恒星运行的单个行星，”在喷气推进实验室工作的Beichman说。这台望远镜将无法看到大陆，更不用说任何绿色小人了。但它的光谱仪将能够探测到大气气体，如臭氧的存在，而臭氧至少在地球上与生命有关。“如果生命是物理和化学的必然结果，那么当我们扫描两三百颗恒星时，我们就应该看到一些东西，”Beichman说。“如果我们什么都没看到，那么生命可能就非常罕见了。”陪跑行星

脉冲星行星是1991年首次发现的太阳系外的世界。它们的恒星是快速旋转的中子星，直径不超过六英里。它们以致命的伽马射线、X射线和其他辐射的形式发出相当于10颗太阳的能量。脉冲星强大的磁场将能量聚焦成光束，像灯塔信号一样扫过宇宙。通过测量来自脉冲星的无线电脉冲到达时间的细微变化，天文学家能够探测到围绕其运行的行星。至少有三颗这样的不宜居行星位于室女座，距离地球1000光年；其中一颗位于M4球状星团，距离地球5500光年。

研究人员还利用引力微透镜技术探测到了可能存在的两颗行星：当行星或恒星等天体经过恒星前方时，它们的引力可以充当透镜，弯曲并放大恒星的光。以这种方式探测到的两颗行星绕着银河系中心附近运行。

最后，天文学家捕捉到了天龙座一对紧密轨道运行的红矮星亮度出现的标志性下降。他们怀疑这种下降是由一颗比地球大2.5倍、可能适合生命的行星引起的。烤箱

在我们自己的太阳系中，像土星、木星、天王星和海王星这样的气态巨星寒冷且远离太阳。然而，在太阳系之外，迄今为止发现的一切似乎都颠倒了，热气态巨星危险地近距离围绕着它们的母恒星运行。由于天文学家认为它们不可能在如此靠近恒星的地方形成，因此它们很可能是在行星盘较冷的外围凝聚，然后逐渐螺旋式地向内迁移。最热的行星，被亚利桑那大学天体物理学家Adam Burrows称为“烤箱”，它们距离恒星仅几百万英里，处于潮汐锁定状态，一面永远面对着炼狱。

这些是地狱般的世界，温度高达近2500华氏度。强烈的紫外线、X射线和带电粒子辐射加热了它们的大气层。从这些行星“表面”向上看的景象将与地球上任何景象都不同。由硅酸盐组成的云层会下雨般的岩石颗粒和铁滴。在行星深处，巨大的热量和压力会将氢转化为金属，其对流会产生强大的磁场。理解多普勒效应

行星猎手通过测量遥远恒星发出的微弱光线变化来寻找目标。当行星绕恒星运行时，它的引力会拉扯恒星，产生轻微的摆动。当恒星向地球方向摆动时，它发出的光波会像手风琴一样挤压在一起，导致光谱向较短的蓝色波长微妙移动。这就是所谓的多普勒频移。当恒星远离时，其光波会被拉伸开，使光谱向红色移动。同样的效应使得火车汽笛在接近时音调升高，然后，在它快速远离时，音调降低为低沉的嘶吼。通过多普勒效应，天文学家可以确定行星绕恒星运行一周所需的时间、它离恒星有多远以及它可能的最小质量。他们还可以估算其温度。除非恒星稳定，否则无法测量这些效应，这限制了候选恒星的数量。我们的太阳的速度仅因木星的引力而减慢27英里/小时。一颗木星大小的行星会使恒星发出的光压缩和膨胀约千万分之一，要从数万亿英里外的恒星光谱中提取出这一信号，需要达到千万分之三的精度。今天的最佳仪器性能提高了三倍，天文学家Steven Vogt说：“这相当于检测一张平放在桌子上的两英寸尺子的长度变化与其竖立时的长度变化：由于自身重量，它竖立时比平放时短万亿分之一。” 晴朗的天空

这些行星的自转距离恒星在700万到约8000万英里之间。它们太冷，无法形成硅酸盐云，但又太热，无法形成水云。根据模型师Burrows的估计，这些气态巨星的温度范围从900华氏度到近乎可容忍的170华氏度。它们可能有由硫化物和氯化物（包括食盐）组成的晴朗或朦胧的天空。如果这样一颗行星围绕类似太阳的恒星运行，其红光波长可能会被大气吸收，而蓝光则会被散射。

太阳系修正论

作者：乔西·格劳修斯

最初，我们的太阳系是一个围绕原始太阳旋转的巨大气体和尘埃盘。固体矿物质从气体中凝结出来，并聚集形成原行星。像地球这样的小行星在靠近中心的地方形成；而像气态巨星那样大，能够抓住盘中气体的行星则在更远处形成。它们在约46亿年前形成的轨道，自那时以来一直保持不变。

直到最近，这都是公认的设想。但现在，系外行星的发现迫使天文学家重新审视这些观念，因为它们给我们带来了悖论。许多系外行星体积巨大，且离恒星很近，以至于它们不可能在目前的位置形成。它们绕行的炽热恒星会在它们形成之前就把它们的岩石核心融化掉。取而代之的是，人们假定它们在远处凝聚，然后在数百万年间向内迁移。如果如此混乱的现象是系外行星形成过程的特征，那么在家门口是否也可能发生类似的混乱？

这正是天文学家提出的。他们认为，与一开始就平稳而稳定地运行不同，当时存在着动荡。他们说，在我们太阳系的早期，巨行星诞生、碰撞、擦肩而过，然后被抛开，最后才稳定到它们现在的轨道。加拿大安大略省女王大学的Martin Duncan的计算机模型表明，巨大的冰行星天王星和海王星是在与气态的木星和土星近距离形成，然后挤过这些庞然大物进入太阳系的遥远区域。太阳系之外的区域没有足够的物质让这些行星在太阳系的寿命内变得如此巨大。

德国慕尼黑附近马克斯·普朗克天体物理研究所的天体物理学家Philip Armitage的模型表明，太阳系早期形成一颗木星大小的行星会引发混乱，诞生出更小的行星，然后将它们向四面八方抛射。“这些系外行星系统的发现，极大地改变了我们对行星如何形成的理解，”Armitage说。“这表明，行星移动和迁移的整个概念对于解释这些系外系统是绝对必要的。这促使人们思考，我们自己的太阳系中有哪些地方可能也受益于类似的解释。”