宇宙是无限的吗？宇宙的其它角落里还有象我们一样的世界吗？人类自有史以来就一直为这样的问题而争论不休。哥白尼的日心革命终于将地球赶出了宇宙中心，勇敢的布鲁诺则高举无限宇宙的大旗，坚信宇宙没有中心，世界无限多样。伟大的天才虽被邪恶的宗教裁判所烧死在火刑柱上，然而科学的真理却是烧不死的，如今太阳系的概念已经家喻户晓，太阳只是宇宙间一颗普通的恒星也已成为常识，然而亿万恒星之中，是否还有象我们一样的行星系统呢？十年之前，我们的观测技术还难以作出直接的回答，太阳系孤零零地飘浮在漫漫星海之中，不知何处可有自己的亲戚？
1999年4月，国际天文界传出一条爆炸性新闻，英澳天文台和加里福利亚大学等4个天文机构的天文学家们以强有力的证据宣布发现了一个由三颗行星环绕中央恒星运转的日外行星系统 ( Extrasolar System 仙女座星和它周围的三颗大行星成为第一个真正意义上的新"太阳系"。实际上，科学家们10年前开始探索日外行星的艰难历程在1995年10月就已得到了回报，日内瓦天文台的梅尔等天文学家在飞马座51这颗星的周围发现了第一颗太阳系以外的行星，从那时到现在，天文学家们已经在46颗恒星周围发现了日外行星系统。看来，银河系中的确充满了各种各样的行星系统，太阳系在宇宙之中已经不再孤独。
太阳系的亲戚们都是什么模样呢？让我们先来看一看最新发现也是最为庞大的日外行星系统－仙女座?星和它的行星系统，这是一颗北半球肉眼即可见的亮星，距离我们44光年，大约已有30亿年的年龄。它的三颗行星从里向外依次被科学家们暂时命名为b,c和d星，它们与中央恒星的距离分别为0.06,0.83和2.50天文单位，质量(本文中的行星质量实为Msin i，其中i 为轨道平面的法线与视线的夹角。)分别为木星质量的0.71,1.98和
4.11倍，绕中央恒星公转周期分别为4.62天，241天和1269天，右图对它们的轨道和太阳系行星的轨道作了比较。
与太阳系相比，目前发现的日外行星系统有许多明显不同的特征。首先是新发现的日外行星质量都很大，其中最小的为木星的40％，最大的为木星的11倍！更为奇特的则是这么大的行星却距离其中央恒星很近，最近的不足0.042天文单位，比水星和太阳的距离（0.387天文单位）还要近得多。另外，这些日外行星还有一个特点，除少数几个离恒星特别近的行星外，大部分都具有很大的偏心率，也就是说都在一个非常扁的轨道上绕恒星运转。
蛛丝马迹觅星踪
为什么日外行星系统迟至4年前才被发现，又为什么能在短短的几年内迅速发现这么多的行星系统呢？实际上，我们即使用最现代的技术，即使是现在也依然无法直接观测到太阳系之外其它恒星周围的行星。恒星距离我们极远，最近的也有4.3光年之远，行星与恒星的距离在地球上看去分开的角距极小，难以分辨，更重要的是，行星与恒星不同，靠着反射才发出微弱的光，其亮度与恒星的反差极大，我们难以看到它就好象大白天难以在太阳附近发现月亮一样。
要发现这样暗弱的行星系统，科学家只能借助间接的技术手段--从分析恒星运动的微小变化中去找出行星可能存在的蛛丝马迹。其原理是这样的，恒星和行星之间通过万有引力相互作用，造成行星绕恒星公转，而恒星实际上也在围绕一个非常小的椭圆型轨道运动，这种运动在天球面上表现为划出一个微小的椭圆，而在我们的视线方向上则表现为前后摆动。
然而恒星的这种受扰运动从遥远的地球上看来仍然太小了，如果从一个离我们30光年处的地方来看太阳系，那么太阳在大行星作用下在天球面上划出的椭圆幅度仅为一度的百万分之七，用目前最大的望远镜也难以分辨。所幸我们还有另外一种运动可以利用，那就是前后摆动，对这种运动的检测是用一种叫做"多普勒位移"的技术来实现的。
恒星的星光经过一种叫做"摄谱仪"的特别仪器后，会被分解为一串光谱，光谱中会有一些特定的谱线，如果恒星前后摆动，这些谱线就会表现为左右移动，物理学上称为"多普勒效应"，通过这种效应可以把对恒星前后运动的检测变成谱线左右移动的检测，当然这种移动也是极微小的，直到九十年代，技术才发展到可以检测出这种微小的光谱移动，要求的测量精度达到被测波长的亿分之一，利用光谱线这种微小的位移，可以推算出环绕中央恒星运动的行星的质量大小，轨道大小和偏心率等基本参数。
科学家们对太阳附近100光年以内数百颗类太阳恒星进行了长期艰苦的运动检测，功夫终于不负有心人，1995年10月，瑞士日内瓦天文台的Michel Mayor和Didier Queloz第一次报告说发现了飞马座51这颗星周围有存在行星的有力证据，这一发现开创了一个新时代。
抱琵琶半遮面
依靠科学家的智慧，随着"多普勒"探测行星技术的成熟，一颗又一颗的日外行星被宣布发现了，然而，我们毕竟还未能直接看到这些行星的真面目，太阳系的亲戚们还是犹抱琵琶半遮面。利用引力效应探测行星系统还有着许多局限性。
首先，多普勒技术只有当行星系统的公转平面侧对着我们时才有效，如果公转平面正好与我们的视线相垂直，我们就看不到其恒星的前后摆动，也就无法用这种方法发现行星系统的存在了。其次，我们用引力探测方法无法得到行星的真正质量，严格说来，前面提到的质量都是真实质量和轨道倾角之正弦值的乘积（轨道倾角是指行星轨道平面的垂直方向与视线方向的交角），我们目前仍无法知道真正的轨道倾角是多少，也就只能得到质量的下限值。
如果一颗恒星有多颗行星绕其运转，小质量行星的引力相对较小，容易被大质量行星的引力作用所掩盖，所以我们在恒星周围发现单颗行星相对较为容易些，而发现多行星系统就比较困难，需要更多的观测资料。例如，仙女座?星系统中的行星b早在1997年就已宣布发现，而c和d星则在两年后在获得了更多的观测资料后才得以确认。
尽管如此，天文学家们还是对发现更多的新行星系统和进一步揭开其"面纱"倾注了极大的热情，加里福利亚大学天文系、哈佛－史密松天体物理研究中心、英澳天文台等研究机构都有热心的研究小组在进行着大规模的近距恒星的运动普测，正是在他们的努力下，越来越多的太阳系"亲戚"们正在为我们所认识。
未来，人们正在考虑用更先进的技术来搜索日外行星，到2000年，2架10米凯克望远镜和亚利桑那大学的双筒望远镜将构成光学干涉阵，有可能发现地球大小的日外行星，而按照美国国家航天局空间干涉仪的计划，也许2010年左右，人类将可能真正得到日外行星的图像。
“创世”的新挑战
新发现的行星系统对传统的太阳系演化理论形成了巨大的挑战。日外行星中有半数以上质量大于木星质量，而处于距离恒星小于0.2天文单位的范围之内。质量大的特点当然是由于我们现有的技术还难以发现小质量的行星（比如地球），但这么大的行星却大多数在离恒星很近的地方出现，而且偏心率很大，则是与太阳系截然不同的。经典的行星形成理论大都认为巨行星应该产生在距恒星约4个天文单位之外，难以想象在距恒星如此之近处何以能产生如此巨大的行星。
理论家们已经提出了一些新的理论，例如，一种理论认为这些巨行星可能确是诞生于离恒星较远的地方，但在行星诞生的早期阶段，稠密的粘滞气体和原行星之间复杂的动力学相互作用会促使原行星以螺旋状轨道向中央恒星靠近，我们现在观测到的日外行星大多正处于靠近恒星的过程中。当然巨行星相互之间的碰撞，过路恒星的引力扰动等也都可能导致一部分巨行星向内迁移以及产生较大的偏心率。
行星系统的形成和演化是一个十分复杂而富有挑战性的课题，众多日外行星系统的发现为人类最终理解行星系的演化过程提供了宝贵的研究资料，可以想见，随着观测资料的日积月累，越来越多的行星系统会展现在我们的面前，那时，我们对行星系统的"创世"过程将会有更为详尽的了解。
呼唤宇宙生命
人类自古就在思索自己是否孤立于宇宙之中，现在终于发现了在太阳系天外有天，人们更急切地想知道，银河系千亿颗恒星中，究竟有多少恒星带有自己的行星系统，在这些行星系统中，有多少是荒芜的沙漠，有多少是巨大的氢气球，又有多少有着繁茂的森林和动物？
日外行星的发现为探索宇宙生命开辟了广阔的天地。生命显然不可能在恒星上生存，只有行星才可能发展出复杂的生命形式，大量日外行星的发现使得人类最终发现宇宙生命的可能性大大增强了。根据搜索的恒星样品数量和发现的行星数量可以估计约10％的类日恒星可能拥有行星系统，也就是说在银河系中可能有一百亿颗行星存在，令人咋舌！
虽然，就目前的观测手段而言，还很难发现地球大小的行星，也难以了解行星的化学成分，更无法直接了解这些行星上是否可能存在生命。但我们相信，随着空间探测技术和光干涉技术的发展，日外行星的神秘面纱最终将被人类掀开，搜索宇宙智慧生命的事业必将展开一个新的篇章。
林清
