搜寻拥有双日落的系外行星

三十年前，我们已知的唯一行星是我们自己的太阳系中的行星。自那以后，我们发现了数千颗围绕着外星太阳运行的行星，但其中大多数离我们太远，难以详细研究。尽管我们学到了很多，但一个主要问题仍然存在：在拥有，比如《星球大战》中卢克·天行者家乡星球上的双星的恒星系统中，行星有多普遍？

多星系统本身很普遍；大约一半的类日恒星至少有一个伴星在轨道上围绕它们旋转。但是，拥有一个恒星邻居会影响恒星周围形成行星的可能性吗？或者多星系统中恒星的运动会，将它放逐到孤独的太空深处？

伯克利加州大学的 Courtney Dressing 等天文学家终于开始着手解决这些问题，并借助一个名为（TESS）的轨道天文台。一旦它完成其为期两年的主要任务（可能在 2020 年 7 月前完成），TESS 应该会揭示数千颗围绕最近和最亮的恒星运行的新系外行星——NASA 估计约有 20,000 颗。然后，Dressing 和其他天文学家将通过地球上的望远镜进行后续观测，检查拥有行星的恒星是否有伴星，还是它们独自运行。这些努力将帮助我们了解行星的形成地点和方式，并最终了解哪些类型的行星上可能出现生命。

“我真的很想知道宇宙中是否存在其他生命，”Dressing 说，“我认为这是我们必须迈出的第一步，才能实现这一目标。”

行星众多

当她还是哈佛大学的研究生时，Dressing 研究了由 TESS 的前身 NASA 的开普勒太空望远镜发现的系外行星。她研究的行星围绕着一种被称为的恒星运行。她和导师 David Charbonneau 发现，这种恒星恰好是小型系外行星极其普遍的孕育地。根据他们的计算，几乎所有的红矮星都带有一颗大致与地球大小相当的行星。而且，大约 15% 的红矮星可能在它们的宜居带拥有行星，那里的温度适合液态水的存在，因此（我们认为）适合生命存在。

这些发现尤其令人兴奋，因为红矮星占我们星系中恒星的绝大多数，约占 75%。当 Dressing 和 Charbonneau 于 2013 年发表他们的研究结果时，他们揭示了一个充满地球大小行星的星系。

但开普勒望远镜发现的行星位于距离我们高达 9,000 光年的星系中，因此它们看起来很暗淡。要详细研究这些系统，系外行星研究人员需要长时间使用世界上一些最大的望远镜。由于如此多的研究人员争夺这些顶级望远镜的使用时间，一项长期、专门的研究是不可能的。

为了解决这个问题，NASA 于 2018 年 4 月发射了 TESS。它的任务是寻找围绕更近、更亮的星系运行的系外行星，主要位于距离地球 1,000 光年之内。然后，天文学家可以相对容易地从地面研究这些行星，并判断一个系统是拥有一个恒星还是多个恒星。因此，TESS 的发现最终将引导天文学家发现更多位于多星系统中的系外行星。

两颗外星太阳

Dressing 的研究表明，小型行星——我们认为它们是孕育生命的最佳选择——无处不在。但计算开普勒行星确切大小的过程中存在一个普遍问题：这些数字假设行星是围绕单颗恒星运行的。它们没有考虑到多星系统的可能性。2015 年，由加州理工学院的 David Ciardi 领导的一个天文学家小组表明，这种假设会导致对行星大小的低估。如果不仔细检查行星是否存在多个太阳的迹象，天文学家就无法确定他们是否正确地确定了行星的大小。

Dressing 说，一开始这是可以接受的，因为系外行星研究才刚刚开始。“现在我们正在从一个我们仅仅对发现行星感到兴奋，以至于愿意做出许多简化近似的时代，过渡到一个我们必须承认并意识到双星系统确实非常普遍的时代。”

因此，Dressing 与 Ciardi 等人合作，计划对照亮 TESS 所发现行星的太阳进行彻底检查。尽管 TESS 的行星比开普勒发现的行星离我们更近，但这些行星仍然太远，难以轻易判断它们是围绕一颗明亮的恒星还是两颗较暗的恒星运行。这时，地球上的天文台凭借其卓越的观测能力就可以介入，看看看起来像一个光点的天体实际上是否是两个。无论结果如何，都将具有启发性。

“这是关于试图将我们自己的太阳系置于背景中，”Ciardi 说。“太阳是一颗单星。因此，这可能在我们太阳系的形成方式中起到了作用。这可能与系统中存在另一颗恒星的情况截然不同。”

无数的排列

但 Dressing 的发现不仅能帮助我们了解我们自己的太阳系，还能帮助天文学家开始理解这些新的外星行星环境。在存在两颗恒星而非一颗恒星的情况下，行星何时以及如何形成？

我们目前发现的少数系外行星在双星系统中已经开始揭示一些趋势。俄亥俄州立大学的 Ji Wang 和德克萨斯大学奥斯汀分校的 Adam Kraus 分别使用高分辨率成像技术研究了这些行星。他们的发现细节各不相同，但 Wang 和其他人的研究表明，一个两颗恒星近距离绕行的系统，往往会阻止行星在任何一颗恒星周围形成。也许是因为当两颗恒星形成得如此之近时，它们会吸走附近本来会形成行星的过量气体和尘埃。

但不要就此排除双星行星。Wang 和 Kraus 发现，如果两颗恒星之间的距离足够远，这些行星仍然可以在双星系统中的单颗恒星周围形成——这大概是因为这样的排列会留下足够的行星形成物质。如果行星距离恒星足够远，它们也可能围绕一对恒星运行。（卢克·天行者的家乡塔图因，作为双星的典型代表，就是这种排列的一个例子。）

发现更多多星行星系统将有助于确定行星的形成地点和方式的细节，并拓宽我们对行星系统可能样貌的视野。Dressing 和 Ciardi 希望发现足够多的多星系统，以研究这些系统中行星和恒星的人口统计学——例如行星的公转周期以及其太阳的大小和颜色——并看看它们与单星系统中的对应物有何不同。

“如果我们想了解行星，我们不能只看单颗恒星，”Dressing 说。“那是一种有偏见的行星形成观。”

这些系统的人口统计学可能对地外生命产生重大影响。行星表面能否拥有液态水取决于它获得多少热量，从而取决于它接收多少光。这最终取决于行星的太阳有多亮、多远——当然，也取决于它表面照耀的是一个太阳还是多个太阳。

对于像 Dressing 这样的系外行星爱好者来说，解开许多可能的行星排列是理解潜在的行星多样性、寻找生命可能起源的地方以及描绘我们在宇宙中的位置的关键。

“我想了解这些行星，”Dressing 说，“并把它们一个个当作独立的星球来认识。”