🧑🏿 〽️ ✂️ 系外行星的探测方法 🌅 ♉️ ✅

关于发现银河系中其他恒星附近的行星的新闻越来越多，许多人可能对两个问题感兴趣：为什么随着天文学的发展，首次证实的系外行星的发现仅在1991年发生？为什么为什么尽管事实上开放行星的数量已经超过一千个-与我们类似的系外行星，但其中只有少数？
尽管有许多开放的系外行星，但即使使用目前最好的望远镜也看不到它们。原因是行星是令人难以置信的昏暗物体-它们发出的光可能比来自恒星的光小数百万亿倍。而且，如果行星巨大且靠近恒星（所谓的“热木星”），那么来自它们的辐射仍会小数千倍。但同时，由于需要令人难以置信的角分辨率这一事实，几乎看不到它们-在现代望远镜中，它们只是与恒星融合。
但是以某种方式找到了它们？确实，有几种间接方法使探测系外行星成为可能，其中大多数是基于记录行星对恒星的影响。

按年份列出的行星发现时间表（颜色表示按方法列出的开放行星的比例）。 2014年的飞跃是处理开普勒太空望远镜的数据的效果（绿色部分是他使用的过境方法）。

1991年发表了一篇文章，首次证实了系外行星的发现，尽管三年前还没有发现当时的几项发现。它是由脉冲星（具有磁场的中子星）发现的，其原因如下：

脉冲星的无线电观测（周期性脉冲法）

脉冲星PSR的行星系统B1257 + 12

脉冲星本身的发现是一个非常有趣的故事，但是在这种情况下，我们有兴趣观察它们。它们具有非常精确的信号频率，由于与它们的旋转相关的辐射，其频率下降非常缓慢。绕着恒星运行的行星不可避免地会引起恒星的微小移动，而这又是脉冲星频率的周期性变化，这不能用其他任何原因来解释。此外，从根本上讲，甚至不需要定向天线-足以准确捕获来自该中子星的信号的频率和强度。无线电信号可以很好地通过大气层，而地面无线电望远镜足以进行此类研究。
优点：它不取决于与观察者的距离，而是简单的设备（按照天文学的标准）
缺点：它只能检测那些在平行于观测（或靠近观测）的轨道上旋转的行星；中子星的总数很少，其中的脉冲星甚至更少，因此用这种方法发现的星总数很小。

多普勒法

氢（大多数恒星的主要部分）的吸收光谱

研究恒星的主要方法是对它的光进行光谱分析，这种光的分析因恒星的类型而异，但也具有共同的参数-例如，氢和氦的吸收区，在任何恒星中都占多数。恒星发射光谱中的这些细黑线与恒星的性质无关，并且对于整个宇宙都是恒定的。而且，如果发现它们偏离了它们的原始位置，这意味着恒星正在向我们移动（移至光谱的紫色区域）或从我们移向（移至光谱的红色区域）。这种方法的基础效果在Wikipedia上有很好的描述。
如果恒星有自己的行星系统，则它会在与行星共同的质量中心附近旋转，从而使行星“摆动”。因此，局限性-太轻的行星实际上不会影响其恒星的运动，并且具有大的旋转半径-重行星的自旋效应会陷入恒星本身的噪声中**。
优点*：它不依赖于观察距离，一个充分的条件是能够在合理的时间内积累光以进行光谱分析。
缺点：它只能检测那些在平行于观测（或靠近观测）的轨道上旋转的行星；对恒星质量/行星质量之比**有限制。

过境方式

Kepler-6恒星通过系外行星Kepler-6 b的圆盘（由Kepler望远镜给出）的光度变化是

基于这样一个事实，即旋转的行星经过了部分关闭，使其处于恒星前方。行星的大小比恒星小得多-对于地球来说，这个数字大约是10,000，对于系外行星，它的大小可以相差一个数量级，向上（对于木星大小的行星）和向下（白矮星的大行星）。
目前，这是空行星数量最多的“成果”，这主要归功于开普勒太空望远镜采用这种方法工作。
优点：仅取决于视在大小-对于明亮的恒星具有较大的检测范围；允许您检测具有几年旋转周期的行星（原理仅受观察期限制-要确认行星的发现，必须至少记录两次行星穿过恒星盘的行进）。
缺点：它可以检测平行于观察者旋转并穿过恒星恒星盘的行星（角度远小于多普勒方法）；对星径/行星径比**有限制。星形

测量法

旋转的行星对其恒星的影响

像多普勒方法一样，它基于恒星在行星附近旋转时的运动。它的复杂度超过了以前的复杂度，因为我们必须确定天空中恒星的微小位移（行星系统的质心通常位于恒星“内部”），尽管即使是用来测量恒星视差的地球绕太阳旋转的位移也只能精确地测量距离直到我们银河系中的星星。
优点：允许您检测距离恒星较远的行星（行星离质心旋转的距离越远-恒星离该中心的距离越远，因此它将以较大的振幅“振荡”，尽管速度要慢得多）； ***
劣势：允许您检测在垂直于观察者（或靠近观察者）的轨道中旋转的行星；通过直接观察，它可以检测其旋转轨道与观察者垂直的行星。范围受检测恒星角旋转能力的限制。

重力微镜法

该方法基于这样一个事实，即光线会因重力而偏转，如果另一颗具有行星系统的恒星出现在我们与某颗恒星之间的路径上，它将收集远处恒星的光，就像一个巨大的透镜。最初，该方法被提议用于搜索黑洞-如果大量物质没有落在黑洞上，或者如果黑洞不在蒸发的最后阶段（对于由于恒星坍塌而形成的黑洞来说太长，则无法通过直接观察法检测到）-该法案耗费了数百亿年的时间。现在，此方法主要用于搜索暗物质的痕迹，但也可以让您同时发现行星。
正是通过这种方法，发现了目前已知的最远系外行星-OGLE-2005-BLG-390L，其中OGLE的意思是“引力透镜的光学实验”。
优点：可以让您打开非常微弱的恒星中的行星，最多可以打开远离恒星的单个行星。
缺点：与运输方法一样，它需要精确对准一条直线上的三个物体-远处的恒星-具有行星系统的恒星-地球，因此，它不允许发现大量的行星。

直接观测系

外行星HD95086 b的直接照片，是使用带有自适应光学元件VLT的地面望远镜拍摄的

HR 8799行星系统的照片，是由帕洛玛天文台的5.1米海尔望远镜拍摄的，虽然它目前不是最大的望远镜之一，但它可以让您很好地评估与直接行星探索有关的问题-在物质噪声的背景下，它们几乎是看不见的填充恒星系统以及地球大气层产生的噪音。

该方法本身就说明了一切。为了实现它，将一个小圆盘放在望远镜的焦点上，使恒星本身不可见，而围绕该恒星的行星却变得可见。如果事实证明它足以隔离来自行星本身的光，然后应用对来自恒星本身（落在该行星表面上的那颗）的光的这一认识，就可以判断该行星所组成的物质。其他方法可以仅通过密度间接地判断行星的组成，并且具有较高的预测误差。
优点：通过光泽度，可以通过光谱分析-大气和表面的成分（其他方法不允许测量这些参数）确定反照率/被照射表面面积的比率。
缺点：与其他方法相比，它需要更大尺寸的望远镜（为了观察，“看见”星星的望远镜要小几个星等）；对于接近发光体的行星，分辨率成为一个限制（通过使用在空间上隔开的望远镜来解决），对于地面望远镜，直接搜索行星比对空间行星要大得多（通过自适应光学系统部分解决了）。

从本说明中可以看出，没有一种方法可以检测任何轨道上的任何行星（当然，如果您的望远镜近乎无限，则直接观测方法除外）。每种方法都是另一种方法的补充，而且-通常它们的共同使用使我们能够确定无法确定一种方法的参数。假设过境和多普勒方法使我们能够分别测量行星的面积和质量，并根据这些参数-该行星的密度和重力。

来自阿雷西博的波多黎各大学（阿雷西博的波多黎各大学）可能居住的行星清单

目前，已经知道位于宜居区域的第31颗行星，它们的质量都接近地球，甚至更高。这仅是由于我们技术的不完善-从较远的距离可以看到较轻的物体。随着我们技术的进步，将开始发现与地球大小相近的行星，或者在现有行星系统和附近尚未发现其行星的恒星中发现较小的行星。同时，沉重的行星将不会停止发现-只是它们的探测区域会进一步移动。

由于天文学研究的复杂性不断增加，现在许多大型望远镜用于搜索系外行星（当然还有其他科学研究），现在许多望远镜一起使用，这使您可以从干扰中受益—例如夏威夷的凯克天文台，非常大智利副天文台的望远镜（VLT）和亚利桑那州的大双筒望远镜（LBT）。
开普勒太空望远镜成为第一个专门用于此目的的望远镜，其专业成果硕果累累-在工作的三年中，它允许发现1000多个行星，并且其数据仍被用于打开行星超过两年。现在，当所有开普勒的数据都将被处理时，可能会形成某种“断裂”，而他的继任者“苔丝”将仅在2017年发射，而现有望远镜不会打开大量系外行星。
随着计划于2018年底发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的到来，计划在这一领域以及其他许多天文学领域取得重大突破。它不仅用于寻找系外行星，而且将取代哈勃望远镜发射，但是它的能力将足以在总体上寻找系外行星，尤其是像地球这样的行星方面取得重大进展。
未来最大的望远镜-麦哲伦巨型望远镜（GMT），三十米望远镜（TMT）和欧洲超大型望远镜（E-ELT）将具有与James Webb相当的功能，而E-ELT在几乎所有领域都将超越它。最后两架望远镜将分别在凯克和VLT天文台附近建造，这是由于有利的观测条件，而这些条件很难在其他地方获得。这些望远镜将使您能够发现许多新的系外行星，但更重要的是，它们的检测下限会扩大，这将使您能够找到更多的地球行星，并且这些行星比我们的行星要小得多，直到在系外行星中发现卫星为止。

*对方法优缺点的评估是基于该方法的总体复杂性，对于一种特定的方法，高度专业的望远镜可能会“锐化”，而根本无法使用其他任何方法。

**这个方向的技术难题已经得到实际解决，我们遇到了这些方法的“理论上限”-问题与恒星不是静态物体有关，它们有点“呼吸”，例如，我们的太阳的发音为11-夏季周期，并且比这个周期少或少的几个周期，它们没有这种恒定性。正是这些波动干扰了测量-在某些时候，信号/噪声水平变得如此之小，以至于用任意好的望远镜都无法隔离行星自转的影响。

***在缺点中指出了行星的平行和垂直轨道，因为它们从根本上将可以检测到行星的可能轨道的数量限制为小于50％的值。该优点是由于以下事实：垂直于观察者的轨道上的行星仅允许检测两种方法。

本文使用了wikipedia.org上的照片以及JPL NASA网站上专门讨论该主题的子部分。还有来自阿雷西博市的波多黎各大学的潜在有人居住的行星清单。

系外行星的探测方法

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