哈嘍朋友們，不知不覺，咱們的【科學有道理】系列節目已經進行好多期了。
在這個系列裡，我們介紹了科學家測量地球直徑、質量、日地距離、系外恆星距離的各種方法，有沒有讓大家長知識呢？接下來，咱們要介紹科學家尋找系外行星的方法~
直接觀測法——“霸王硬上弓”
系外行星的發現和太陽系行星的發現不同，難度大了不止一個數量級。首先，即使距離我們最近的比鄰星，都比太陽系最遠的行星海王星要遠了8000多倍。系外行星本身不發光，很容易淹沒在宿主恆星的光芒中，就像黑暗的馬路上一隻汽車遠光燈旁邊的螢火蟲，基本不可能直接觀測。
不過，我們這裡說的，是可見波段。科學家介紹，一顆反射率為30%的行星，可見波段比宿主恆星會暗20億倍左右，而如果在10μm的紅外波段，它的“亮度”可以達到宿主恆星的1/1000萬。儘管這個數字仍然小得驚人，但已經在人類可觀測的範圍內了。
斯皮策太空望遠鏡
這個方法對於人類提出了一個要求，那就是擺脫地球大氣的影響，所以必須離開地表。NASA在2003年的時候發射的斯皮策太空望遠鏡，就是利用這個方法來尋找系外行星。而被寄予厚望的詹姆斯韋伯外空望遠鏡，將可以大幅提高紅外成像分辨率，可惜由於資金問題，遲遲不能發射升空。
用這種方法，最適合發現的，就是距離宿主恆星比較近的行星，比如熱木星。
天體測量法——蚍蜉撼大樹
我們知道，任何天體都具有萬有引力，所以說，當恆星用引力影響行星的時候，行星也在用引力影響它的宿主恆星。
因此，當系外行星圍繞恆星公轉的時候，它在任何一個位置都會導致宿主恆星的位置向它稍微偏那麼一點點。
天體測量法
顯然，胳膊是擰不過大腿的，這個偏離的位置是非常微小的，無異於蚍蜉撼大樹。所以，這個距離在地球方面觀測，還是很有難度的。因此，這個方法對我們提出了兩個要求：首先是行星質量要夠大，其次是離我們不要太遠。當然，根據萬有引力公式也可以知道，行星離宿主恆星近一點也更好。
嗯，沒錯，好像和上面一樣的條件。於是，儘管這個方法理論上可行，實際上截至2016年，我們只用這個方法發現過一顆系外行星———HD 176051 b。
歐洲航天局的蓋亞探測器，致力於以極高精度對銀河系10億顆恆星進行詳細的觀測。不過，正所謂“摟草打兔子”，這些數據可以幫助科學家利用天體測量法判斷它們是否有行星。
凌日法——路燈下的蚊子
這是我最喜歡舉的一個例子，體現了我將複雜科學通俗化的機智~例子如下：
設想一個夏天的晚上，你走在路上，街邊的路燈在馬路上投下一個圓圓的光圈。你看著這個光圈，發現有幾個小黑點在到處晃。不用抬頭你也能想得到：這是路燈下的幾隻蚊子的影子。
同樣的，如果系外行星擋在宿主恆星和地球之間，也就出現所謂的“凌日”天象時，它也會導致恆星光芒的變化。藉助著現代的儀器設備，這個肉眼根本不可能看出來的變化，也可以被人類的智慧結晶所捕捉。這個方法叫做凌日法，也叫掩星法。
凌日法
這裡也有一定的要求，那就是地球基本處在這顆行星軌道所在的平面上，否則它無法擋在地球和宿主恆星之間。同時，它要距離宿主恆星比較近，也要離地球比較近，否則我們的設備也無法觀測到光度的變化。
最著名的哈勃太空望遠鏡、以及加拿大的MOST太空望遠鏡，就是通過這個方法裡尋找系外行星的。
視向速度法——多普勒效應
這個方法，其本質和上面所說的天體測量法是一樣的，那就是利用行星公轉過程中起引力導致恆星位置微小偏移的測量。不過，這種方法測量的不是恆星偏移的距離，而是光譜。
如果大家還記得我們計算系外天體距離的那篇文章的話，應該還記得測量上百億光年以外天體距離的方法——紅移法。我們再簡單介紹一下，根據多普勒效應，遠離我們的天體，光譜會向紅色偏移，這叫紅移；靠近我們的天體，光譜會向藍色偏移，這叫做藍移。
因此，如果我們發現一顆恆星有規律地發生光譜的偏移，我們就可以判斷它有伴星或者行星。顯然，如果有伴星，那就是恆星，我們能觀測到；如果不是伴星，那就是行星了。
開普勒太空望遠鏡
目前來說，這是我們發現系外行星的最有效手段，大部分已發現的系外行星都是來自於這個方法。而且，就像我們介紹天體距離測量的那一期說過的，這個方法並不受天體距離的影響，即使距離我們上千光年也可以觀測。當然，為了光譜變化明顯，行星對恆星的引力大一點更好，同樣的，還是軌道盡量小一點、質量儘量大一點。
這個方法，可以在天文學家利用凌日法發現疑似系外行星的時候加以佐證，也可以配合一起推測行星的質量。NASA在2009年發射、2018年退役的開普勒太空望遠鏡，就是利用這個方法來尋找系外行星的。
微引力透鏡法——愛因斯坦的工具
引力透鏡示意圖
相對論告訴我們，空間可以在引力（或者說質量）的作用下扭曲，從而導致光線扭曲。在一個天體的作用下，它背後天體發出的光可以像經過凸透鏡一樣，聚焦起來，讓我們可以觀測到被其他天體遮擋住的天體。
因此，我們可以持續觀測一顆恆星所帶來的引力透鏡效應，是否有變化。如果它有行星，那麼當它的行星位置發生變化時，二者的質心會發生偏移，從而帶來“背後”天體在地球上成像的效果。
這個方法的優點，就在於允許我們尋找質量相對小一點的系外行星。人類發現的第一顆小質量 、大軌道的太陽系外行星OGLE-05-390L b就是這樣發現的。
脈衝星計時法——精確秒錶的暗示
宇宙中有一種天體——脈衝星，也就是高速旋轉、釋放出強烈脈衝的中子星。它們的自轉是非常均勻的，只要沒有外界影響，就不會發生任何變化。
因此，如果它的自轉有了不均勻的情況，那就證明它的周圍有行星。
當然了，這個方法要求行星必須是脈衝星旁邊的行星，所以這種情況非常少，比如科學家在1992年發現的脈衝星PSR 1257+12的行星。
總結
總體來說，科學家尋找系外行星的方法就是這麼多。顯然，除了第一種之外，其他的都是間接方法，也就是利用行星對其他天體的影響。因此，如果想要一顆行星造成的影響足夠大，以至於我們能觀測到，就對它的質量和它與宿主恆星的距離有一定的要求，這也導致我們發現的大部分系外行星都是大質量、距離近的行星。
想要發現更小的行星，我們就必須有更先進、更精妙的方法，這也是科學家們不斷努力的方向。畢竟，大質量的行星，對於人類並不友善。只有和地球接近的行星，才有可能成為我們的下一個家園或者前往宇宙的下一站。
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