行星搜寻十周年：千奇百怪的奇异世界 天文学家们聚集在一起，庆祝第一颗围绕其他普通恒星运行的行星被发现十周年。尽管自那时起，已有超过130颗此类行星被发现，但这一领域似乎仍然处于刚刚起步的阶段。 并且，他们所看见的世界也越来越怪异。 最近，在行星检测领域取得了多项突破。
研究的范围正向着更大轨道和更低质量的行星延伸。尽管在这条路上，奇异的天体也许会迫使理论做出修正，甚至重新定义类别。 “我们正处于黄金年代，”日内瓦天文台的米歇尔·麦耶（Michel Mayor）说。“十年来，我们取得了大量新数据。” 麦耶是1995年最早检测到首颗系外行星的科学家之一，这颗位于我们太阳系以外的行星围绕着飞马座51号恒星运行。
为了纪念这一发现和其他发现，空间望远镜科学研究所（STScI）组织了这次的讨论会——“（普通恒星周围的）日外行星十周年”。 日外行星在更早之前，1993年，就在一颗脉冲星周围被发现了，那是一颗磁场活跃的中子星。不过脉冲星无法创造出非常适合生存的环境，迄今发现的其他行星中，也没有多少能够适于生命存活——这也许会令一些人感到失望。
“时至今日，所有这些杰出的人——这些探索行星和它们形成过程的人们——确实都对这个问题很感兴趣，即‘是否存在着其他的智慧生命？’”讨论会的组织者，STScI的马里奥·利维奥（Mario Livio）说。 行星搜索者们希望通过确定我们的太阳系在宇宙中是 普遍的还是独特的，来为这个问题提供部分答案。
大量新数据描绘出一幅图景——我们很可能会发现更多的行星。几乎可以肯定的是，总有一天，天文们家们将会庆祝第一颗类日恒星周围的类地行星发现十周年。 更远 到目前为止，被检测过的普通恒星中，大约6%被发现拥有一颗气态巨行星，类似木星或土星。其中大部分行星都非常靠近它们的恒星——其中一些的轨道周期，即“一年”，只有短短几天。
如此紧密的轨道产生出了炽热的环境。 巨大的、靠近恒星的行星，即所谓的热木星，之所以能够占据地外行星的绝大多数，是因为早年的行星搜索主要使用了径向速度测定法，这种方法依靠的是对主恒星摆动的检测，这些摆动是由绕行行星的引力拖曳而引起的。行星越大，越靠近恒星，引力拖曳也就越强，因此热木星是最容易被发现的。
即使当一颗更远的行星产生的摆动可以被注意到时，研究者们也必须等待行星完成一周的公转。这就给检测更长周期的行星，即更远轨道的行星设下了限制，华盛顿卡内基研究院的艾伦·波士（Alan Boss）称之为“帷幕”。 举个例子来说明一下，确定一颗位于1个天文单位处的行星需要至少一年的观测，天文单位是地球到太阳的平均距离。
确定一颗木星轨道（5个天文单位）上的行星则需要12年。 一些径向速度研究迄今已经超过十年之久了，已经将帷幕拉开到更远的行星-恒星间距之上，理论预言会有更多气态巨行星将被发现。 加州大学伯克利分校的杰夫·马西（Geoff Marcy）已经发现，位于1个天文单位以外的行星数量开始增加了。
马西预言，长周期轨道的气态巨行星存在的机率与靠近恒星的热木星一样高。如果预言正确，那么大约12%的普通恒星至少会拥有一颗木星或土星。 “但是事情的反面也许更加有趣——大约85%的恒星并不拥有气态巨行星，”马西说。 这也许意味着木星大小的行星较难形成。
这对类地行星来说，也许成立，也许并不成立。最流行的行星形成理论假设，岩石核心很容易在新生恒星周围的残留物质盘中形成，但只有其中一些行星种子大到足以俘获气体成为巨行星。 “如果你能相对快速地耗尽它们的气体盘，那你可能就形成不了巨行星，”利维奥说。
举例来说，利维奥假定了一个恒星形成区域，那里的辐射非常强烈，足以吹散年轻恒星周围的大部分气体。而那些岩石核心大概就残留了下来，形成了类似地球的较小行星。 “我猜想大部分恒星都拥有类地行星，”马西说。“它们似乎很难不 会形成。” 更小 检验类地行星是否普遍存在还需要花些时间。
径向速度技术的检测精度已经得到了改进，几颗海王星大小，即大约20倍地球质量的行星，已经被找到了。 但利用径向速度发现质量低得多的行星将是困难的，因为它们拖曳恒星的力量不够强。幸运的是，另一项行星检测技术也许打破了这一困境，这项技术观测的是被行星遮挡或增强的星光。
如果一颗行星从它自己的恒星前面经过，星光亮度会暂时减弱。目前许多计划都在监视大量恒星，等待着此类“星食”的发生。到目前为止，这种掩食方法已经发现了七颗行星，全都是 又大又近的行星。 对掩食的详细后续观测还检测到了行星的大气层，并且就在上个月，斯必泽太空望远镜（Spitzer Space Telescope）观测到了两颗掩食行星的热辐射，表明它们的温度大约为1,500华氏度（800摄氏度）。
另一方面，行星会通过引力放大来自于遥远恒星的星光。这在概念上与星系的引力透镜相似，但效应要小得多——因此被称为“微引力透镜”。它的工作原理如下： 由于一个天体的引力会弯曲来自于更遥远天体的光线，因此当一颗恒星从另一颗恒星之前经过时，它会放大后一颗恒星的亮度。
如果透镜恒星周围有行星环绕，放大率就会更强。微引力透镜的一个优势是，它对于行星-恒星间隔较远的系统更为敏感。 圣母大学的大卫·班尼特在讨论会上介绍了微引力透镜检测到的第二颗行星的数据（第一颗发现于一年前）。这个新发现的天体的质量约为它恒星质量的千分之一，与木星和太阳的质量比相当。
尽管微引力透镜和掩食都是行星搜寻竞赛中的新手，但它们也许是在我们太阳系外检测地球大小行星的最佳机会。未来利用掩食方法检测系外行星的空间计划被称为开普勒计划，是专门设计用来搜寻地球大小的、主要位于距离主星1个天文单位以内的行星的。 “我们期待能够发现数千颗类地行星，如果它们普遍存在的话，”开普勒计划的首席研究员比尔·布鲁奇（Bill Borucki）说。
“即使它们比较罕见，我们也会看到上百颗。” 开普勒目前计划在2008年6月发射。 更怪异 一些最近的进展已经提出了这样的疑问，对行星来说，怎样才算是“正常”的。 一项出乎意料的发现是一张图片上的红色斑点，它到一颗流产恒星，即褐矮星的距离约为55天文单位。
这颗行星质量的天体，即2M1207b，大约在一年前首次被看见，但随后又经过了几次后续观测，才证实了它的确通过引力与褐矮星束缚在一起。 两个天体之间的投影距离为55天文单位，但实际的轨道半径可能是它的两倍，这取决于类行星天体的轨道是否为圆形。
作为比较，海王星的轨道半径约为30天文单位。褐矮星和它的同伴分别拥有25倍和5倍木星质量。5倍的质量比是惊人的：目前发现的大部分行星的质量比都约为1000比1。 这颗新伴星是如此奇怪，围绕的天体又并非一颗真正的恒星，以致于天文学家们仍在争辩应该如何称呼它。
“我会下注赌它是否是一颗行星，”亚历桑那大学的格伦·施耐德（Glenn Schneider ）说。 施耐德在讨论会上展示了哈勃（Hubble）拍摄的矮星和伴星的图片。他相信大约有四分之三的听众会将2M1207b视为行星。 “如果它的形成方式与其他行星相同，那将是令人兴奋的，”马西说。
“但如果它是以全新的方式形成的，那也同样激动人心。” 大部分科学家们相信核心吸积是恒星形成的主要方式，但这个系统的大间距和小质量比可能会排除的这种方式。事实上，这颗奇怪的天体也许诞生于物质的快速坍缩，与小恒星形成的方式相同。 “这项发现对低质量[伴星]产生过程的意义也许要多过于对普通行星的意义，”加州大学圣克鲁斯分校的道格拉斯·林（Douglas Lin）说。
这个天体能被看见是因为它足够年轻——大约只有800万岁，仍然炽热——约为1,700华氏度（950摄氏度）。施耐德和其他同事专门寻找极年轻恒星周围的炽热行星。他说如果你等待得太久，这些行星就会冷却下来，再也无法被看到了。 云与水 2M1207b的大气中有水存在的迹象，施耐德还报告了“似是而非”的亮度变化证据，他推测这可能是行星云层变化的结果。
讨论会上介绍的另一个新天体也许会给行星形成理论带来麻烦。 米歇尔·麦耶介绍了一颗海王星大小的行星，它围绕着一颗几乎不含重元素的主星运行。 “理论学家们，站到起跑线上吧，”麦耶在透露这项发现时说。 大多数被发现的行星所围绕的恒星都具有相当高的重元素（重于氦）浓度。
尽管关于其原因仍有争论，但一般相信，需要大量重元素才能形成尘埃颗粒，然后再聚集成石块，并最终堆积成行星大小的天体。 但是马耶新发现的行星似乎是在重元素“极度匮乏”的恒星环境中生成的，他认为这给现代的行星形成理论带来了“极大的困扰”。但是一位理论学家并不怎么担心。
“在建立解释所有事情的理论时，你应该小心谨慎，”林说。 类似这样的异常情况将会让天文学家们忙上一阵。通过今后几年对这些行星的整理研究，他们希望能够回答这样一个问题：维持了生命生存的太阳系是否也是个反常现象。
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答：我认为哥白尼和布鲁诺等人在如此极端且的环境及艰难的条件下,敢于挑战处于统治地位且控制了大众思想的权威们,敢于发表真理以及推翻前人的理论，可以说开创了现代科学的开...详情>>
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