寻找"地球双胞胎"的史诗式探索之旅

图像来源，ESO/ M. KORNMESSER/ NICK RISINGER，系外行星“飞马座51b”是人类首次在太阳系以外侦测到的行星

1943年，有科学家宣称在蛇夫座70（70 Ophiuchus）天鹅座61C两颗肉眼可见的近距离恒星周围发现行星。

然而，这些讯号后来被证实为误判，极可能是当时望远镜观测精度不足所致。

尽管如此，这些主张仍深刻影响了行星研究思维。人们开始认为，银河系中存在数十亿颗行星的可能性是真实且可科学探讨的。

对我们而言，最能突显这种思维转变的，是美国天文学家亨利·诺里斯·罗素（Henry Norris Russell）于1943年7月在《科学人》（Scientific American）撰写的一篇文章。

早在20年前，罗素曾预测行星“在恒星中应该很少出现”；但此时他的文章标题已改为《人类中心主义的消亡》，导语写道：“新发现显示，银河系中可能存在数千个有生命的行星。”

值得注意的是，罗素不仅预测行星的存在，更预测“有生命的行星”。燃眉之问是：它们在哪里？这个问题，直到半世纪后才开始有答案。

如何探测系外行星？

当我们透过位于拉帕尔马岛、由意大利建造的伽利略望远镜，使用“Harps-N”光谱仪观测无数恒星时，很难不惊叹自1995年马约尔与奎洛兹宣布发现飞马座51b以来，人类在系外行星研究上的进展。

如今，我们不仅能有效测量类木星行星的质量，甚至能侦测到数千光年外的小型行星。自2012年加入“Harps-N”合作计画以来，我们得以近距离参与小型系外行星科学的前沿探索。

另一个重要里程碑出现在飞马座51b被发现四年后。

当时，加拿大籍哈佛大学博士生大卫·夏邦诺（David Charbonneau）侦测到另一颗已知系外行星的凌日现象（transit）——这是一颗名为HD209458b的热木星，亦位于飞马座，距地球约150光年。

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凌日现象指的是行星在恒星前方经过，从观测者角度看，恒星星光会短暂变暗。

凌日技术不仅可用于侦测系外行星，还能测量行星半径。

透过持续观测恒星亮度，并等待因行星通过而造成的光度下降，科学家可推算行星大小。遮蔽星光的程度取决于行星半径，例如：若由外星观测者观察，木星会使太阳亮度降低约1%，而对地球来说，这种影响会减弱一百倍。

迄今为止，透过凌日技术发现的系外行星数量已是“光谱条码技术”（即瑞士天文学家最初用来发现飞马座51b的径向速度法）的四倍。

尽管如此，径向速度技术仍广泛应用，包括我们目前的研究，因为它不仅能侦测行星，还能测量其质量。

当行星绕行恒星时，会施加引力，使恒星产生周期性摆动，从地球观测者角度看，恒星的速度会随之变化。径向速度技术透过反复测量恒星的速度，寻找稳定的周期性摆动，以此判断是否存在行星。

图像来源，CFA，“Harps-N”光谱仪安装在拉帕尔马岛的伽利略国家望远镜上

然而，这些速度变化极其微小。

举例而言，地球对太阳的引力仅使其速度改变每秒9公分（约3.5英寸）——比乌龟还慢。为了以径向速度技术侦测行星，我们必须测量距离地球数兆英里外恒星的微小速度变化。

我们所使用的尖端仪器堪称工程壮举。