寻找"地球双胞胎"的史诗式探索之旅

最新的光谱仪，如“Harps-N”与“Espresso”，能精准测量速度变化至每秒不到一公分的等级——尽管仍不足以侦测真正的地球双胞胎。

然而，径向速度技术目前仍受限于地面望远镜观测，且一次仅能观测一颗恒星；相较之下，凌日技术可应用于太空望远镜，例如法国的Corot（2006–2014）、美国太空总署的 Kepler（2009–2018）与TESS（2018年至今）任务。

这些太空望远镜已侦测到数千颗多样化的系外行星，我们可以更轻松地从太空测量恒星亮度，并且可以同时测量多颗恒星的亮度。

尽管两种技术在侦测成功率上有所差异，科学家仍持续发展两者。结合使用这两种方法，可同时获得行星的半径与质量，进一步开启研究其组成与结构的多种可能性。

为了估算已发现系外行星的可能组成，我们通常先假设小型行星与地球类似，由富含铁的核心、较轻的岩石地函、部分地表水与薄层大气所构成。

透过质量与半径的测量，我们可以建立各种可能的内部结构模型，并估算各层厚度。

这项研究仍在持续发展中，而宇宙则不断以多样化的行星类型回应我们的探索。

我们已观测到岩石行星被撕裂的证据，以及暗示过去曾发生碰撞的奇特行星排列。

目前已在银河系各处发现行星，从位于银河中心区域、距地球近28,000光年的 Sweeps-11b，到距离仅4.2光年的比邻星（Proxima Centauri）周围的行星，范围广泛。

寻找“另一个地球”

2013年7月初，我（克里斯多福·沃森）首次前往拉帕尔马岛，操作刚启用不久的“Harps-N”光谱仪。为了不出差错，我的笔电（手提电脑）里塞满了试算表、图表、操作手册、简报与笔记。其中一份刚收到的三页文件标题为《机会目标观测特别指示》（Special Instructions for ToO，ToO为Target of Opportunity）。

文件开头写道：“执行委员会已决定，应将最高优先权赋予此目标。”

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该目标是一颗疑似绕行Kepler-78的行星候选体。Kepler-78 是一颗位于天鹅座、距地球约125光年，略小且较冷的恒星。

读下去，我看到这样的描述：“7月4日至8日观测……Chris Watson”，并列出10个观测时段——每晚两次，每次间隔精确为4小时15分钟。

当我在撰写本文时重新翻阅这些笔记，发现我名字上方列的是迪迪耶·奎洛兹。

当时，他还未获得诺贝尔奖。

图像来源，DAVID A. AGUILAR/ CFA，克卜勒78b并不比地球大很多，但它是一个极其炎热的世界，绕行速度非常快

这颗行星候选体最初由开普勒太空望远镜（Kepler）发现。该望远镜的任务是搜寻银河系中如地球般小型的系外行星。

在这个案例中，开普勒侦测到一颗凌日行星候选体，其半径估计为地球的1.16倍（±0.19），显示可能发现了一颗与地球大小相近的行星。

我当时在拉帕尔马岛，利用径向速度技术测量该行星的质量。结合开普勒提供的半径数据，便可推算其密度与可能的组成结构。

翻阅当时的笔记，我写道：“希望质量误差控制在10%以内，以便能准确推估其平均密度，进而判断其是否类似地球、富含铁（如水星），或含有大量水分。”

在为期97天的观测计画中，我们团队对克卜勒78（Kepler-78）进行81次曝光，其中我负责当中10次。期间，我们得知一个由美国主导的团队也在观测这颗潜在行星。秉持科学精神，双方达成协议，同步提交各自的独立研究结果，并同时公开彼此的发现。