首頁 牛津通識課:黑洞、光、行星、引力

07 係外行星 Exoplanets

毫無疑問,有行星的恒星十分常見,這已經不再是一種猜測。到2010年,已有超過400顆恒星被證實至少有一顆行星在繞著它們運動。這些高難度的探測結果表明,大多數類日恒星一定會有行星相伴。為了避免混淆,專業人士通常稱它們為“太陽係外行星”或“係外行星”。係外行星不包括質量超過13個木星質量(氘發生核聚變的閾值)的係外暗天體。這些係外暗天體被認為是類恒星而不是類行星,並被稱為“褐矮星”。

檢測方法

20世紀70年代末以來積累的證據表明,大多數年輕的類日恒星周圍都有一圈塵埃。類日恒星周圍有塵埃的最初線索是塵埃對恒星候選體紅外光譜的影響,之後的線索來自20世紀80年代開始獲得的塵埃盤圖像。不管這些盤狀物是行星形成前的太陽星雲,還是恒星柯伊伯帶的殘餘塵埃,盤狀物的存在本身就表明塵埃盤中應該有大量行星。1995年,第一個係外行星被確認,這之後,發現係外行星的速度越來越快。

徑向速度

發現第一顆係外行星的方法,同時也是之後發現大多數係外行星的方法,是探測恒星徑向速度的微小變化。2010年至少有超過300顆係外行星是通過這種方法被發現的。徑向速度是一顆恒星向著或遠離地球運動的速度,不受視線範圍內任何運動的影響。通過測量恒星光譜特定波長的特征吸收線,可以確定其徑向速度的變化,精度高達1米/秒。當恒星向我們移動時,特征吸收線會向短波端移動,稱為“藍移”;當恒星遠離我們時,特征吸收線會向長波端移動,稱為“紅移”,這種現象被稱為多普勒效應。長期以來,徑向速度變化一直被用來測量雙星的軌道速度,從而推斷雙星的質量。但如果要測量質量小得多的係外行星對質量大得多的恒星的微小影響,就需要非常靈敏的現代儀器。在考慮由係外行星所引起的恒星徑向速度的微小變化越來越明顯之前,必須先考慮到地球自身軌道運動所引起的徑向速度變化。