行星不发光,科学家是如何发现太阳系外的行星的?
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发布时间：2022-05-04 17:14
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时间：2022-06-24 07:08
科学家有很多方法来寻找地外行星，比如行星凌日法、径向速度法、直接测量法、引力摄动法，重力微透镜法、脉冲星计时法、相对论法等等；其中凌日法是最有效的，目前人类发现大约5000颗地外行星中，有70%都是利用凌日法发现的。
人类从上世纪，就开始了地外行星的寻找，现代天文学表明，宇宙中几乎每颗恒星周围都存在行星，但是行星不发光，所以要发现太阳系外行星是非常困难的；人类最早发现的太阳系外行星，是在1990年，利用了脉冲星计时法。
一、脉冲星计时法
当高速旋转的中子星脉冲信号扫过地球时，这颗中子星就可以叫做脉冲星，脉冲星直径在10公里左右，以非常高的速度旋转，由于角动量守恒，脉冲星的自转周期非常稳定。
如果在脉冲星周围存在行星，那么行星对脉冲星会产生引力扰动，使得脉冲星发出的脉冲信号存在异常；在1990年，波兰天文学家发现一颗名为PSR B1257+12的脉冲星信号极为特殊，科学家根据这个异常信号，发现了这颗脉冲星周围的三颗行星PSR B1257+12 A、PSR B1257+12 B和PSR B1257+12 C，距离地球约2300光年，这也是人类发现的首批系外行星。
二、行星凌日法
当一颗行星经过母恒星和地球之间时，恒星发出的部分光线会被行星遮挡，从而造成恒星亮度发生周期性变化，利用这个原理，天文学家发现了超过3000颗的地外行星。
比如2017年12月的消息，NASA利用Google深度学习算法，从开普勒太空望远镜的海量数据中，发现了数百颗行星，其中就有号称“迷你太阳系”的开普勒-90，距离地球2545光年，在该恒星系统中就有多达8颗行星。
开普勒太空望远镜，正是利用了行星凌日的方法，对天琴座和天鹅座中大约10万颗恒星进行长期观测，得到了近15万颗恒星的数据，行星凌日的方法非常高效，可以让我们发现大量的地外行星。
三、径向速度法
行星围绕恒星运行，相互之间会产生牵引力，当恒星受到径向牵引时，恒星发出的光线会相应地产生蓝移或者红移，也就是光的多普勒效应，利用这个现象，天文学家就可以推测行星的存在，并测定行星的速度、质量、轨道半径和公转周期。
比如1995年，天文学家在恒星飞马座51（视星等5.5，距离50光年）周围，利用径向速度法，发现了一颗0.5倍木星质量的行星，这也是人类发现的首颗热木星。
四、引力摄动法
利用行星引力对恒星的横向拖拽效应，如果恒星与地球的距离不远，那么从望远镜中，我们可以直接观察到恒星的引力摄动影响。
比如距离太阳最近的恒星是比邻星（4.2光年），在2019年4月，美国加利福尼亚州伯克利的天文学家，就利用行星对比邻星的引力摄动发现了一颗行星，质量是地球的1.3倍，公转周期11.2天。
五、相对论法
行星在围绕恒星公转的过程中，会对恒星有一个拖拽，从而导致恒星的亮度发生微弱变化，这种办法只适用于寻找大质量的行星，利用这个方法找到的行星也称*因斯坦行星。比如Kepler-76b就是一颗爱因斯坦行星，质量是木星的两倍，距离地球2000光年，就是利用这个方法发现的。
六、重力微透镜法
广义相对论表明，天体周围会产生时空弯曲，在恒星和行星周围也会发生时空弯曲，于是恒星表面发出的光线会产生一次光变曲线，如果再次经过行星周围就会产生二次光变曲线。利用这个办法，天文学家可以发现部分地外行星，甚至是流浪行星。
七、直接成像法
当行星距离母恒星较远时，行星反射的光线就能从母恒星的光线中分离出来，相当于直接观察行星，可以让我们得到行星的详细参数。
但是这个方法对观测设备的要求极高，还要求行星的尺寸不能太小，距离地球越近越好，同时行星也不能距离母恒星太近，目前天文学家用这种方法发现了数十颗系外行星。
以上七种探测系外行星的方法，都是各有各的优缺点，比如行星凌日法虽然效率非常高，但是当行星的公转轨道垂直于地球方向时，这个办法就失效了，而且行星凌日法不反应行星的大气数据，只有各种方法相辅相成，才能让我们发现更多的地外行星。
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