4．系外行星

系外行星是指在太阳系之外的行星。虽然许多天文学家相信，在许多恒星的周围应该有行星存在，然而由于行星体积小，本身又不发光，所以长期以来都认为发现系外行星都是非常困难的事。最早天文学家希望通过观测恒星位置的微小变化来发现行星，例如1963年美国天文学家范德坎普宣布在巴纳德星周围发现了两颗行星，然而随后的观测未能得到确认。到了20世纪90年代之后，由于科学技术的迅速发展，观测手段的更新和观测精度的提高，使得发现系外行星成为可能。迄今为止已经发现了约600颗系外行星。第一颗得到确认的系外行星是在1993年，波兰天文学家沃尔兹森在观测脉冲星PSR1257+12时，发现它的频率略微有一点周期性波动。因为脉冲星的电波频率是非常稳定的，所以行星引起的极小波动便能被观测到。这个首次被确认的系外行星，被许多天文学家认为它可能是超新星的残余物。

开始大量地发现系外行星是从1995年开始，所使用的主要方法有二种：

第一，视向速度法：采用高解像度光谱仪，已经可以观测到天体的1m/s的微小速度变化。所以如果恒星周围有较大的行星存在，由于恒星和行星围绕它们的共同重心运动，而且行星的轨道面不与我们的视线垂直，那么在恒星的光谱线中就会发现有很小的周期性红移和蓝移。这是目前发现系外行星最多的方法。

第二，凌日法：当行星运行到主恒星的前面时，它会遮住一部分光，使得我们观测到的星光略微变暗。利用灵敏的光度计可以发现甚至小于1%的光度变化。这种方法常与前一种方法共同使用。通过对数据的分析，可以知道行星的直径和质量，轨道周期，半径和偏心率等等。例如1999年用视向速度法发现的HD209458b，是第一个随后又采用凌日法确认的系外行星，2001年用哈勃望远镜对它进行了观测，发现它有不但大气层，还漂浮有云彩。

利用哈勃太空望远镜已经观测了许多已发现的系外行星。在有了自适应光学望远镜后，在地面上也可以排除地球大气的干扰，直接观测到一些系外行星。例如在2004年，利用欧洲南天文台的甚大望远镜阵列在智利拍摄到棕矮星2M1207及其行星2M1207b。估计这颗系外行星质量比木星大几倍，轨道半径大于40个天文单位。

迄今为止我们所发现的系外行星的主星大多都是类似太阳的光谱型的，为F，G和K的主序星，其光谱中含有金属线，以此天文学家们认为；可能含有较高金属性的恒星会拥有较多行星，所以现在着重在这一类恒星周围寻找系外行星。已发现的绝大多数系外行星的质量都比较大，90%超过地球质量的10倍，很多的系外行星质量重于木星，这可能与小质量的类地行星比较难以发现有关。2005年，红矮星Gliese876的第三个行星Gliese876d被发现。其质量约只有地球7.5倍，这个行星由岩石组成。其轨道半径只有0.021天文单位，公转周期为1.94日。2006年1月发现了已知最远、最小，亦可能是最冷的系外行星。这颗行星的质量估计为地球5.5倍，轨道半径估计为2.6个天文单位。2009年凯克天文台历时11年观测，在天秤座的红矮星Gliese581周围，发现了第六颗行星。这颗在“适居带”内新发现的行星，可能是迄今发现的与地球最像的系外行星。据推测它的直径约为地球的1.3倍，质量约为地球的3.5倍，表面平均温度约为摄氏零下20度，公转周期为37个地球日，自转周期与其公转周期相等，距离主星约965万千米。表面由岩石组成，可能存在液态水和大气。

令天文学家们感到困惑的是，所发现的系外行星一般都是椭率很大的轨道，而且距主星较近。而我们太阳系行星的轨道都很近于圆形轨道，可能我们太阳系又是很不寻常的。相信今后还会发现更多的系外行星，也许有朝一日会发现更类似于地球的系外行星，使我们人类在宇宙中不再孤独。

图4-1　系外行星HD189733b及其主星的模似图