空中课堂 | 太阳系外的繁荣——系外行星探测

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太阳系是我们的诞生之地，很长时间以来，也是我们唯一已知的行星系统。但显然，太阳系并非承载行星的孤舟，1992年，人类探测到了第一颗系外行星，其主星是一颗名为PSR B1257+12的脉冲星，拉开了系外行星探测的序幕。

三年后，瑞士天文学家马约尔（M. Mayor）和奎洛兹（D. Queloz）共同发现了一颗系外行星飞马座51 b (51 Pegasi b)，这是一颗可媲美木星的气态巨行星，距离地球约50光年。最为重要的是，它的主星是一颗正当壮年的主序星，质量与太阳相当，这一发现引燃了天文学家探寻第二颗宜居星球的热情。自此，行星探测迎来了飞速发展的黄金时代。尤其自2009 年开普勒望远镜发射升空后，系外行星探测开启太空时代。目前，已有超过4500颗系外行星被发现证认。

近30年间，行星科学的飞速发展，离不开手段繁多的探测手段，除了直接成像（Imaging）之外，由于系外行星多距离遥远且黯淡，间接探测更为普遍。掩星（Transits）法是目前探知系外行星效率最高的方法（图1），其基本原理为，在地球的视平面附近绕行的系外行星将对其主星光线产生周期性的遮挡，从而产生一些可观测的光度变化，光变深度与行星和主星的大小息息相关，大行星环绕小主星时遮光面积较大，则光变更为明显。以我们的太阳系为例，木星环绕太阳造成的掩星光变深度约为1%。

掩星法探测系外行星原理图，图为光变曲线

2018 年 4 月，旨在利用掩星法搜寻系外行星的TESS卫星发射成功（图2），作为开普勒望远镜的继任者，TESS卫星被寄予厚望，有望进一步拓展我们对于生命起源的认知。此外，视向速度（Radial Velocity）法、微引力透镜（Microlensing）法、天测（Astrometry）法、计时（Timing Variations）法，亮度调制（Orbital Brightness Modulation）法、行星盘运动(Disk Kinematics) 法等行星探测手段百花齐放、百家争鸣，行星科学大有可为。

数目繁多的系外行星以及TESS卫星艺术图

2019年，马约尔和奎洛兹获得了诺贝尔物理学奖的表彰，距离1995年他们探知第一颗巨行星刚刚过去了24年，这自不会是终点，确是一场盛筵的前菜罢了。

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