麦考瑞大学天文学家克里斯蒂安·施瓦布刚刚帮助开发了迄今为止探测系外行星最精确的工具之一——NEID光谱仪。这台仪器刚刚开始在美国基特峰国家天文台的WIYN 3.5米望远镜上扫描天空。
天文学家如何寻找系外行星？
几个世纪以来，人类仰望天空，想知道我们来自何方。在我们脚下的世界之外是什么?行星在宇宙中是常见的还是我们的太阳系是独一无二的?还有其他像地球一样的世界吗?
今天，现代天文学有能力凝视太阳系以外的地方，发现围绕其他恒星旋转的行星。第一颗被确认的系外行星是在1992年被发现的，从那时起，用于系外行星发现的工具一直在迅速改进和增加，使我们能够开始形成这些问题的答案。
“发现第一个东西真的很难，因为我们真的不知道如何去做它是在推动技术的边界，”南方昆士兰大学的系外行星研究员Jonti Horner解释说。“但一旦你找到一件东西，你就会找到几十件，几百件，几千件。”
最近一次统计我们在3553个行星系中发现了4803颗行星。
霍纳说：“外面有很多东西，但除非你的技术足够好，能找到它，否则你不会去捡它。”。
事实证明，寻找系外行星是相当困难的——不仅是数万亿公里以外的其他恒星系统，而且行星相对较小且暗淡，因此可能会被其恒星的光线淹没。
怎么做我们找到了另一个世界?
运输方法
迄今为止，最成功的系外行星搜寻技术是凌日法，它主要是寻找阴影。
当一颗行星在其轨道上穿过其恒星的前方时，它会使恒星的亮度变暗一个微小但可测量的量。由于行星凌日的持续时间总是相同的，并且会导致亮度的变化，因此观察恒星的亮度随时间的变化是确认行星存在的可靠方法。
这项技术被美国宇航局使用开普勒任务该公司于2018年退休。它在环绕地球的轨道上运行了近10年，观测了50多万颗恒星，发现了2600多颗系外行星。
径向速度
这种方法观察恒星轨道的“摆动”。虽然我们说一颗行星围绕着一颗恒星运行，但实际上，一颗行星和一颗恒星正在围绕彼此进行一场引力拉力赛——恒星的质量太大了，以至于它几乎不动。
径向速度法通过寻找多普勒频移来定位恒星在光线中的“摆动”。当恒星离我们远去时，光波会轻微伸展并发生红移;当它向我们移动时，波浪聚集起来，变成蓝移。通过观察恒星光谱的规律性变化，观察其速度如何变化，就可以看到伴星的信号。
重力微透镜
与凌日法类似，引力微透镜法包括寻找恒星的光线如何随时间变化。但是，这种方法不是让恒星变暗，而是让它们变亮，然后再变暗。
它不是在寻找周围的行星那恒星——它实际上是在寻找一个宇宙巧合，当一颗离地球更近的行星(围绕另一颗恒星运行)碰巧从一颗更遥远的行星前面经过。
霍纳解释说:“前景中行星的引力使恒星发出的光线弯曲，就像一个透镜，并将光线聚焦，这样背景恒星就会变得更亮一些。”
“这是一项技术，曾经被认为可以找到无数的行星，而它找到一把．它并没有像人们预期的那样成功，但这是因为它真的很难。”
但这是我们找到流浪行星的唯一方法——在银河系中自由漂浮的孤独世界，没有一颗可以称之为家的恒星。
直接成像
这种方法的工作原理与名称一模一样——虽然其他方法只能推断出系外行星的存在，但直接成像可以拍摄行星本身的快照。
霍纳说:“这颗恒星的典型代表是HR 8799，它有四颗行星围绕着它运行，这些行星都被直接观测到。”
我们并不像木星或金星的图像那样详细地“看到”这颗行星——系外行星看起来就像光点一样——但与它的母星的强烈眩光相比，很难解析出这颗微小的斑点。
霍纳说：“这就像试图看到一只飞蛾从几十公里外绕着灯塔的灯光飞行一样。”。“但是使用最大的望远镜，你可以做一些聪明的事情来阻挡来自恒星的光线。”
下一个什么?
这些方法是迄今为止确实发现行星的方法，但霍纳说，另一种方法将在未来发挥重要作用，那就是天体测量学。
他说：“这是一项历史悠久的技术——它实际上在19世纪被用来发现双星。”。
天体测量学测量恒星在天空中的位置。一颗恒星的固有运动通常是直线的，但如果有一颗看不见的行星围绕着它，这将导致恒星相对于背景恒星的抖动。
霍纳说:“很有可能在未来的十年中，我们将使用这种天体测量方法发现大量的行星。”这主要来自于欧洲航天局的盖亚任务，它在轨道上精确测量成千上万的星星
这种方法也将使我们能够找到不同类型的系外行星。
霍纳指出，到目前为止，我们一直偏向于寻找大型系外行星和那些离恒星非常近的行星。
他说:“我们发现了大量被我们称为热木星和热木星的行星，它们围绕在比水星离太阳更近的轨道上。”它们很奇怪，我们在太阳系中找不到这样的东西。
“这并不意味着它们是最常见的行星，只是意味着它们是最容易找到的。”
这是因为凌日和径向速度方法对这类行星都比较敏感；另一方面，天体测量学对相反的行星很敏感远从他们的明星。
将多种方法结合使用，将对宇宙中系外行星的多样性提供更准确的天文普查，从而让我们更好地了解我们的太阳系是否独特。
我们在宇宙中的位置是什么?
霍纳说，甚至在他的职业生涯中，系外行星研究已经彻底改变了我们对宇宙的看法，以及我们对自己在宇宙中的位置的理解。
“我在一个我们只知道一个行星系统的世界里长大，”他解释道。
今天，我们知道行星在宇宙中无处不在，大多数恒星都是其他世界的宿主。
“如今，我们认为所有这些东西都是理所当然的……‘我们发现了另一颗系外行星，哇!“但等一下，我们正在发现遥远恒星周围的外星世界。这怎么可能变得普通或普通呢?”
这些发现只会继续呈指数增长——我们不仅在寻找行星，而且开始深入研究它们，特别是它们的大气层。
美国宇航局开普勒任务的继任者是现在在轨道上——凌日系外行星调查卫星(TESS)，该卫星正在寻找20万颗最近、最亮的恒星中的外行星。
具体来说，TESS正在努力寻找类地行星:位于宜居带的类地行星。
“对我来说，我们还没有发现任何真正与地球相似的东西，”霍纳说。但他希望有一天我们能找到一颗行星，不仅在大小和距离上与我们的恒星相似，而且在大气成分上也相似。
霍纳一起工作MINERVA-Australis它是南半球唯一专门跟踪TESS的机构。它由南昆士兰大学的肯特山天文台主持，接收来自TESS的数据流，并搜索南部天空以确认这些新星球。
霍纳说，当我们找到一颗真正的类地行星时，“那就是我们真正开始尝试弄清宇宙中生命是普遍存在还是我们是孤独的时候。”
他认为，答案可能在我们有生之年就会揭晓。
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劳伦·福格
Lauren Fuge是《宇宙》杂志的科学记者。她拥有阿德莱德大学(University of Adelaide)物理学学士学位，弗林德斯大学(Flinders University)英语和创意写作学士学位。
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