*寻找地外行星
银河系直径大约10万光年，其中分布着 大约2000亿颗恒星。
物理学定律：宇宙各处均相同。
引力、电场和磁场、量子理论等物理规律 是普适的；原子和分子的物理结构是一样的； 宇宙中各处的二氧化碳分子也都是相同的。 那么，我们的地球在宇宙中应该也不是唯一 的！
生物学定律：是否也是放之宇宙而皆 准？
• 当时世界上最好望远镜的多普勒测量精度 大约是100米/秒（？）
• 相对地，脉冲星的脉冲到达时间的周期性 提前和延迟更容易捕捉
艰苦而迟缓的观测工作
• 大多数人放弃了多普勒效应这种技术，因 为要求的精度比大多数人所能得到的精度 要高1000倍之多！
• 但仍有少数不被天文界注意的小组孜孜不 倦数十年来提高这种技术的精度，降低测 量误差
• 测量恒星的微小摆动非常困难，已有几十 年的历史
行星对其母恒星的运动轨迹所造成的干扰
How can we use this?
• 如果观测到一个恒星在做某种轨道（反射） 运动，我们可以确定
– 恒星运动的轨道周期 – 恒星运动的轨道速度
• 由此可以确定引起反射运动的天体（行星） 的质量和其到做反射运动天体（恒星）的 距离
• 人们质疑：如何仅用10年数据得到12年或 26年的摆动周期？并且也没得到进一步确 认
• 此结果虽广为流传，但是相信它的人越来 越少
• 1983年，Harrington 等声称发现 star VB8 更大的摆动。这一次引起摆动的行星质量 必须很大,估计为木星的50倍
• 两年后，McCarthy 声称真正观测到了这颗 行星：利用斑点干涉测量法（speckle interferometry）过滤掉明亮的恒星光
系外行星探测技术3：视向速度法
Here is their latest data on
51 Peg - not much doubt
about this wiggle!
多普勒效应发挥威力
• 视向速度测量 radial velocity measurements：应用多普勒效应高精度测 量恒星靠近或远离我们的速度（即恒星的 视向运动）
• 许多人企图重复他们的结果，都未成功
• “是不是外星人意识到地球人在注视他们 而隐藏起来了？”
• 结果是，寻找系外行星在天文界变得臭名 昭著
多普勒效应成就了地球人的梦想！
• 如果恒星有行星绕转，恒星则会前后摆动 ， 因此恒星的辐射波长10米/秒，对其它行星则更小
OGLE-2005-BLG-390
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二：系外行星早期探测的曲折历程
• 早期的系外行星探测利用天体测量学技术
• 1969年，van de Kamp 声称探测到了一个 很近的矮星 Barnard’s Star（巴纳德星） 的周期摆动：
– 由两个木星质量大小的行星引起，一个轨道周 期为12年，另一个26年
• 恒星轨道的大小取决于行星的质量和两者 之间的距离。大质量行星（如木星）使恒 星的运动显著。行星越靠近恒星，则恒星 的摆动越大
• 所以，原则上即使看不到行星，我们也能 从恒星的运动得知行星的存在
天体测量学 Astrometry
• 天体测量学：高精度测量恒星在天球上的 位置移动
– 通常被认为是天文学中最枯燥最令人厌烦的学 科：年复一年地监测某颗恒星在天球上的位置 来搜索它的摆动
– 补偿望远镜温度变化所产生的误差
– 模拟并改正大气条件变化（最困难，自适应性 光学）
– 逐步改进仪器和数据分析技术
• 到了1995年......
瑞士天文学家马约尔（Mayor）和 奎洛兹（Queloz）令世人惊骇地
宣布
第一颗真正的系外行星找到了！
• 几十年的辛勤工作，多普勒测量技术提高 到惊人的每秒几米的精度！
• 由多普勒效应得到恒星的反射运动的精度 远远高于天体测量方法
• 绝大部分系外行星由此方法间接发现
系外行星探测技术4：行星掩食法 • 当行星运行到恒星前面时，会遮挡很小
一部分恒星光，而使得恒星周期性地变 暗
事实上并未 看到行星
系外行星探测技术5：微引力透镜法
当一颗恒星 及其行星从 远处背景恒 星前经过时， 引力透镜效 应增强背景 恒星的亮度， 从而能够显 示恒星及其 行星的存在
– either by something massive (a dwarf star?) orbiting far away from 51 Peg
– from something smaller (like Jupiter?) orbiting very close in
系外行星探测技术2：天体测量学法
• 原理：考虑双星系统围绕它们的共同质心 转动
Centre of Mass
M1 R1
D R2
V2 M2
V1
• 恒星和它的行星环绕它们的共同质心转动。 如果质量相等，则转动中心在两者中间； 实际上，恒星质量远大于行星，所以转动 中心更靠近恒星（甚至在其内部）
• 当行星旋转时，恒星沿较小的轨道旋转， 但两者的轨道周期相等
水是地球生命所必须的，宇宙中的所有 生命形式都需要水吗？
DNA分子是生命的唯一解码吗？
生命演化一定要往高智慧的方向发展吗？
或许智慧只是庞大的生命系统中某一个细 小分支而已，还存在着数以百万的其他生命形 式。
目前在整个宇宙中，我们只了解地球 上的生物学。我们还需要找到更多的样 本—或在太阳系中，或在更远的宇宙深 处……
• 但仍然不足以找到像木星这样的行星，所 以它们并不奢望发现行星
– 他们只是希望发现环绕邻近恒星转动的矮星或 褐矮星
• 但有一特殊恒星， 51 Pegasi (飞马座) （类 似于太阳的正常G 型星），的确在行为奇 怪地……
第一颗系外行星真奇怪
• 飞马51恒星视向速度变化超过100米/秒，周 期4.2天。速度变化大的两种可能：
在太阳系内搜寻（包括火星、木星及 其卫星等），还没有找到生命存在的迹象。
现在我们将视野从太阳系转向银河系……
一：探测系外行星的5大技术
系外行星探测技术1：直接成像法
• 通过天文望远镜进行观 测时，由于恒星过于明 亮而无法发现行星。
• 在遮挡恒星光的情况下 利用红外光进行观测就 可以分辨出行星。
• 在天文望远镜上加装日 冕仪，降低恒星亮度， 直接拍摄行星。