第一批系外行星的发现历程

1992年，天文学家发现了第一颗系外行星，即我们太阳系以外的行星。但它出现的形态出乎他们的意料。

中子星是宇宙中仅次于黑洞的第二致密天体。它们形成于一颗巨星死亡，核心坍塌并向外爆炸。简单来说，恒星变得过于巨大而无法继续存在，将其所有能量喷射到周围空间。核心是这次爆炸的“零号区域”。当核心坍塌时，根据恒星的大小，它会变成中子星或黑洞。

有些中子星被称为脉冲星，因为它们会发出规律的无线电“脉冲”。你可以把它们想象成鼓手——快速而规律的节奏。有些脉冲星，称为毫秒脉冲星，它们的“敲击”速度非常快，足以让 Napalm Death 的鼓手 Danny Herrera 都自愧不如。

这些脉冲非常规律，如果它们没有按照正确的间隔出现，天文学家就知道有什么不对劲。

1992年的一项突破性发现提供了确凿的行星证据。天文学家 Aleksander Wolszczan 和 Dale Frail 监测了距离我们2300光年远的脉冲星 PSR B1257+12。它本应每0.006219秒脉冲一次，但偶尔，它的脉冲会稍有偏差。然而，这些偏差也是规律出现的。经过深入研究，Wolszczan 和 Frail 提出了一个解释：它周围有两个行星。一个的质量是地球的三倍，另一个是四倍，它们的公转周期分别为67天和98天（四舍五入）。

脉冲星行星介于僵尸和杂交怪之间。当一颗恒星爆炸时，通常该系统中的行星会被摧毁或被冲击波抛出。但当暴力平息后，气体和尘埃会重新凝聚。这实际上意味着 B1257 中的三颗行星可能由它们的前代行星的残骸构成。考虑到这些系统中的极端辐射，几乎没有人认为 B1257 系统可以孕育生命。

因此，虽然1992年的发现是重大新闻，它意味着天文学家首次证实了围绕另一颗恒星的行星，但却没有找到围绕类太阳主序星的行星的证据。那种确认还需要几年时间。

系外行星的初步工作

从20世纪80年代开始，许多研究小组一直在寻找围绕类太阳恒星的第一颗行星。一些候选者出现又消失。另一些需要数十次甚至数百次观测才能正式确认。

但1995年1月的一次观测被证明是真正的突破。日内瓦大学的研究生 Didier Queloz 和他的导师 Michel Mayor 一起，通过视向速度（也就是“摆动”）搜寻系外行星。

据报道，他的发现纯属偶然。在他收集的视向速度信号目录中，他选择了一颗名为51 Pegasi 的 F 型恒星，距离大约50光年。他试图校准他的行星探测代码，选择了这颗恒星作为几个有希望的候选者之一。那天晚上，他发现了一个大约每四天出现一次的强烈信号。

测量结果显示其最小质量接近木星——这意味着这个天体无疑是一颗行星。虽然天文学家认为存在这样的公转周期是可能的，但并不一定期望在如此短的时间内找到一颗。Queloz 在2016年告诉 BBC：“当时，我是世界上唯一知道自己发现了一颗行星的人。我可以告诉你，我当时真的很害怕。”

有理由感到害怕：当时——而且在某种程度上现在仍然是——寻找行星非常困难，存在着大量的错误、幽灵信号、无法解释的数据点以及其他似乎永远无法形成行星或褐矮星的障碍。然而，根据 Queloz 的数据，这颗质量为半个木星、运动迅速、超热的行星确实存在。

1995年的其余时间里，Queloz 一直在努力说服 Mayor 他确实找到了一个信号，而不是仪器错误或其他观测上的怪异现象。他们的论文最终于1995年10月发表。天文学家 Geoff Marcy（后来因性骚扰指控被加州大学伯克利分校开除）随后进行了观测，并发现日内瓦团队确实发现了有价值的东西——他与合作者 Paul Butler 在一个完全不同的天文台发现了相同的信号。

逐个发现 vs. 一次性发现

早期系外行星探测的特点是逐个恒星进行分析，几乎总是通过视向速度法，这使得视向速度法成为寻找系外行星最成功的方法之一，截至2018年3月，已发现746颗行星。相比之下，通过某种形式的直接成像（仅限于大、热、年轻的行星）发现了90颗，通过微引力透镜（当一个重物经过背景恒星前方并充当巨大的放大镜时产生的偶然现象）发现了67颗。这分别是第三和第四种最成功的系外行星探测方法。

但迄今为止最成功的方法是凌日法探测系外行星。在同一时间范围内，它总共发现了2789颗。据估计，目前有3705颗行星，因此凌日法行星占已发现行星的75%。但在这2789颗行星中，大约有2648颗是由一艘航天器发现的：开普勒号。

如果我们剔除 NASA 开普勒号任务发现的行星，那么我们只有1000颗行星可供研究。这是因为开普勒号对一小片天空进行了巡视，尽可能多地记录了行星的凌日现象。之前的调查一次只关注几十颗恒星——甚至更少。开普勒号至少表明，行星并非稀有之物，而且有数百万甚至数万亿颗行星在那里等待我们去发现。

例如，2016年，一个在严格保密下工作的天文学家团队宣布，他们发现了一个离地球最近的系外行星系统，该系统围绕恒星 Proxima Centauri 运行。该团队自称“Pale Red Dot”，后来改名为“Red Dots”。他们的工作还发现了其他附近的系统，例如在巴纳德星（Barnard's Star）附近，2018年11月，他们发现了系外行星的初步证据。

在2018年的一次会议演讲中，麻省理工学院的系外行星专家 Sara Seager 提到，系外行星天文学在某种程度上正在回归本源。仍将有一些大规模的巡天观测，但其目的是寻找少量有待进一步研究的候选者。像 Red Dots 这样的其他项目将专注于少数几颗恒星。

部分原因是，随着恒星普查工作的深入，我们正处于能够了解以前无法想象的行星细节的边缘——我们可能需要使用巨大的望远镜和更先进的光学技术逐一研究它们。

摘自 John Wenz 所著《失落的行星：Peter van de Kamp 与巴纳德星周围消失的系外行星》，© 2019 麻省理工学院。

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