寻找太阳系外的行星系统

作者：林清发表：2003-01-02 07:58

太阳系的概念早已家喻户晓，太阳只是宇宙间一颗普通的恒星也已成为常识。然而，亿万颗恒星之中，是否还有像我们所在的太阳系一样的行星系统呢？直到1995年10月，瑞士日内瓦天文台的梅尔等人发现了“飞马51”这颗恒星周围存在行星，天文学家才作出肯定的回答。到目前为止，人类探测到的太阳系外行星数目已超过90颗。

太阳系外的木星

　　2002年6月13日，美国伯克利加州大学的天文学教授乔治·马西和华盛顿卡耐基研究所的天文学家保罗·巴特勒宣布，采用加州大学里克天文台的3米望远镜经过15年的努力，科学家们终于在恒星“巨蟹55”周围发现了一颗与该恒星的距离几乎与木星和太阳距离相等的新行星。

　　恒星“巨蟹55”位于巨蟹星座，在此之前，巴特勒和马西于1996年发现它拥有一颗行星。那是一颗质量略小于木星的气体巨行星，与中央恒星的距离仅0.1天文单位(平均日地距离为1天文单位)，也就是说，仅为地球与太阳距离的十分之一。该行星每14.6天围绕中央恒星运行一周。

这次发现的新行星距离“巨蟹55”约5.5天文单位，与木星到太阳的距离(5.2天文单位)相仿。其轨道稍扁，围绕其中央恒星运行一周约需13年(木星绕日周期为11.86年)。该行星质量为木星的3.5～5.0倍。恒星“巨蟹55”，距离地球41光年，年龄约50亿岁，也与我们的太阳相仿。

　　这次的新发现是一个令人振奋的消息，尽管天文学家们过去曾发现过其他恒星周围拥有像木星那么大的行星，但它们都过分靠近它们的“太阳”(天文学家把它们称为“热木星”)，而且，它们的轨道特别扁长，不像太阳系内大行星的轨道那样接近圆形。先前发现的太阳系外行星的质量都很大，其中最小的为木星质量的40％，最大的为木星质量的11倍。更为奇特的是，这么大的行星距离其中央恒星却很近，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。

蛛丝马迹觅星踪

　　为什么太阳系外行星系统直到1995年才被发现，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，现在仍然无法直接观测到太阳系之外其他恒星周围的行星。恒星距离我们非常遥远，最近的也有4.3光年之远，从地球上看去，行星与恒星的角距极小，难以分辨。更重要的是，行星与恒星不同，它本身不发光，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像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；而恒星实际上也在一个椭圆型轨道上运行，这种运动在天球上表现为一个微小的椭圆，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去太小了。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。

　　所幸的是，我们还可以利用另外一种运动，那就是恒星的前后摆动。人们可以用一种叫做“多普勒位移”的技术来检测这种摆动。

　　恒星的星光经过一种叫做“摄谱仪”的特殊仪器后，会被分解为光谱，光谱中会有一些特定的谱线。如果恒星前后摆动，这些谱线就会在光谱上左右移动，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20世纪90年代，技术才发展到可以检测出这种微小的光谱移动，测量精度可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光年以内数百颗类似的太阳恒星进行了长期艰苦的观测，1995年10月，瑞士日内瓦天文台的梅尔等人终于发现了“飞马51”这颗恒星周围存在的行星。这一发现开创了一个新的时代。

　　然而，“多普勒位移”技术也有它的局限性。如果一颗恒星有多颗行星绕其运转，由于小质量行星的引力相对较小，那么，它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，这需要更多的观测资料。例如，“仙女ν”行星系统中的行星b早在1997年就已宣布发现，而c星和d星则是在两年后，在获得更多的观测资料之后才得以确认。

　　尽管如此，天文学家们还是为发现更多的新行星系统倾注了极大的热情。加利福尼亚大学天文系、哈佛－史密斯天体物理研究中心、各国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离恒星的运动观测。正是在他们的努力下，越来越多的太阳系“亲戚”正在为我们所认识。

“仙女ν”行星系统(资料)

　　1999年4月，天文学家发现了一个由三颗行星环绕中央恒星运转的太阳系外行星系统－－“仙女ν”星和它周围的三颗大行星，“仙女ν”行星系统也成为第一个真正意义上的新“太阳系”。

　　“仙女ν”星是一颗位于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，质量分别为木星质量的0.71、7.98和4.11倍，绕中央恒星公转周期分别为4.62天、241天和1269天。

《科学画报》

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