太阳系外的行星或系外行星是什么样的?此图显示了多种可能性。科学家在20世纪90年代发现了第一批系外行星。截至2022年,已确认的系外行星总数刚刚超过5,000 颗。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

已确认的系外行星数量刚刚超过5,000颗,这代表着由NASA太空望远镜引领的30年发现之旅。

不久前,我们生活在一个只有少数已知行星的宇宙中,所有行星都围绕太阳运行。但一系列新发现标志着科学的一个高点:现在已确认超过5,000颗行星存在于太阳系之外。

行星里程表于3月21日开启,最新一批65颗系外行星——我们的太阳系家族之外的行星——被添加到NASA系外行星档案中。该档案记录了出现在同行评审的科学论文中的系外行星发现,并已使用多种检测方法或分析技术得到证实。

迄今为止发现的5,000多颗系外行星包括像地球这样的小型岩质行星、比木星大很多倍的气态巨行星,以及围绕恒星运行、轨道极其接近恒星的“热木星”。有“超级地球”,它们可能是比我们更大的岩质行星,也有“迷你海王星”,即太阳系中海王星的较小版本。再加上同时围绕两颗恒星运行的行星和固执地围绕死亡恒星坍塌残余运行的行星。

天文学家现在已经确认了超过5,000颗系外行星,或太阳系以外的行星。这只是我们银河系中可能的数千亿的一小部分。发现系外行星的锥状物从行星地球向外辐射,就像车轮上的辐条。还有更多的发现等着我们。
视频:NASA/JPL-Caltech

“这不仅仅是一个数字,”档案馆的科学主管、帕萨迪纳加州理工学院NASA系外行星科学研究所的研究科学家杰西·克里斯蒂安森说。“它们中的每一个都是一个新的世界,一颗崭新的行星。我对每一个系外行星都感到兴奋,因为我们对它们一无所知。”

我们确实知道:我们的银河系可能拥有数千亿颗这样的行星。1992年,一个奇怪的新世界围绕着一颗更奇怪的恒星运转,在这之后不断有新的发现。它是一种被称为脉冲星的中子星,一种快速旋转的恒星残骸,会发出毫秒级的灼热辐射脉冲。通过测量脉冲时间的细微变化,科学家们得以揭示脉冲星周围轨道上的行星。

这篇论文的主要作者亚历山大沃尔什赞说,在这颗旋转的恒星周围虽然仅发现三颗行星,但基本上打开了发现系外行星的闸门。30 年前,该论文揭开了第一批在太阳系外得到确认的行星。

“如果你能在中子星周围找到行星,行星基本上无处不在。”沃尔兹赞说。“行星生成过程必须非常稳健。”

作为宾夕法尼亚州立大学的教授,沃尔兹赞仍然在寻找系外行星,他说,我们正在开启一个发现行星的时代,而不仅仅是简单地将新行星添加到名单中。2018年发射的凌日系外行星巡天卫星(TESS)继续发现新的系外行星。但很快,从最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜开始,强大的下一代望远镜及其高灵敏度仪器将捕获系外行星大气层中的光,读取存在的气体,从而可能识别出适宜居住条件的迹象。

预计将于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将使用多种方法发现新的系外行星。2029年发射的欧空局ARIEL任务将观测系外行星大气;NASA搭载的一项名为CASE的技术将有助于消除系外行星的云雾。

沃尔什赞说:“在我看来,我们不可避免地会在某个地方找到某种生命——很可能是某种原始生命。”他补充道,地球上生命的化学与在整个宇宙中发现的化学之间的密切联系,以及对广泛存在的有机分子的探测表明,发现生命本身只是一个时间问题。

在这个动画中,系外行星由跨越数十年发现的音符来表现。圆圈表示轨道的位置和大小,而其颜色表示探测方法。低音符意味着更长的轨道,高音符意味着更短的轨道。
视频来源:NASA/JPL-Caltech/SYSTEM Sounds (M. Russo and A. Santaguida)

如何寻找其他世界

画面并不总是那么明亮。1995年,在类太阳恒星周围探测到的第一颗系外行星被证明是一颗热木星:一颗质量约为我们木星一半的气态巨行星,以一个极其接近的四天轨道绕着它的恒星运行。换句话说,在这个星球上,一年只持续四天。

一旦天文学家学会识别它们,地面望远镜的数据中就会出现更多这样的行星——先是几十颗,然后是数百颗。它们是使用“摆动”方法发现的:跟踪由轨道行星的引力拖曳引起的恒星轻微来回运动。但目前仍然没有一颗系外行星看起来适合居住。

寻找更像我们自己的小型岩质行星需要外行星搜寻技术的下一次重大飞跃:凌日法。天文学家威廉·博鲁基提出了在望远镜上安装极其灵敏的光探测器,然后将其发射到太空的想法。这台望远镜将在长达数年的时间里观测超过17万颗恒星,寻找当一颗行星经过一颗恒星表面时星光的细微变化。

开普勒太空望远镜实现了这个想法。

博鲁茨基是现已退休的开普勒任务的首席研究员,他说,2009年开普勒太空望远镜的发射打开了一扇观察宇宙的新窗口。

“我真的很满意,并对那里的一切感到敬畏。”他说。“我们谁也没想到会有这么多种类的行星系统和恒星。这太神奇了。”

到目前为止,在我们的星系中确认的5,000多颗系外行星包括各种各样的类型——一些与我们太阳系中的行星相似,另一些则截然不同。其中有一种被称为“超级地球”的神秘物种,因为它们比我们的地球更大,而且可能是岩质行星。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/cosmic-milestone-nasa-confirms-5000-exoplanets

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