自从这一具有里程碑意义的发现以来 太阳系外的两颗行星绕恒星运行,数以千计的新世界已被添加到快速增长的“系外行星”列表中在银河系。
我们从中学到了很多东西围绕外星恒星运行的大量外星世界。但有一个小细节却很引人注目。 我们在太阳系之外还没有发现任何其他东西。
这导致一些人得出这样的结论：我们的家乡恒星及其后代可能在某种程度上是异常值？ 也许是同类中唯一的行星系统。
推而广之，这可能意味着生命本身就是一个异常值。 形成地球及其自我复制化学表面的条件很难复制。
如果你只看数字，前景是严峻的。 迄今为止，我们发现的数量最多的系外行星在很大程度上属于未知的有利于生命存在的类型：巨行星和亚巨星，气体种类，也许还有冰种类。
迄今为止，我们所看到的大多数系外行星都非常靠近它们的恒星，几乎拥抱着它们。 距离如此之近，以至于它们的炽热温度远高于已知的宜居范围。
当我们继续搜索时，统计数据可能会平衡，我们会看到更多让我们想起我们自己后院的地方。 但问题比仅仅看数字要复杂得多。 系外行星科学受到我们技术能力的限制。 更重要的是，我们对外星世界的真实多样性的印象可能会受到我们自己的想象力的限制。
银河系及其以外的真实情况可能与我们实际看到的非常不同。
期望以及如何挫败它们
系外行星科学从一开始就有颠覆预期的历史。
“如果你回到我小时候长大的那个世界，我们只知道一个行星系统，”南昆士兰大学的行星科学家 Jonti Horner 告诉 ScienceAlert。
“这就是这种隐含的假设，有时甚至是明确的假设，所有行星系统都会是这样的。你知道，在恒星附近会有非常小的岩石行星，在距离恒星很远的地方会有相当大的气态巨行星。 行星系统就是这样的。”
出于这个原因，科学家们花了一段时间才确定了一颗围绕主序恒星运行的系外行星，比如我们的太阳。假设其他太阳系与我们的太阳系一样，那么重量级行星牵引其恒星的迹象需要数年时间才能观察到，就像我们自己的气态巨行星需要数年时间才能完成一个轨道一样。
基于如此漫长的单次测量周期，似乎不值得费力地筛选许多恒星的相对较短的观测历史，以最终筛选出一个主序太阳系。
当他们最终看清时，他们发现的系外行星与他们期待什么：气态巨行星质量的一半（尺寸的两倍）它的轨道距离其主恒星如此之近，一年相当于 4.2 天，其大气层的温度约为 1,000 摄氏度（1800 华氏度）。
从那时起，我们了解到这些“热木星”类型的行星根本就不奇怪。 如果说有什么不同的话，那就是它们似乎相对常见。
我们现在知道，银河系中的物种比我们在家乡星系中看到的要多得多。 然而，重要的是不要假设我们目前所能探测到的就是银河系所能提供的一切。 如果外面有像我们太阳系这样的东西，它很可能超出了我们的探测能力。
“像太阳系这样的东西对我们来说很难找到，它们目前在技术上有点超出我们的范围，”霍纳说。
“从我们迄今为止所做的任何调查中，类地行星都不太可能被发现。你不太可能找到一颗类地行星。,、地球和围绕着像太阳这样的恒星。”
如何找到一颗行星
让我们完全清楚：方法我们用来探测系外行星的技术非常聪明。 目前，系外行星探测工具包的主要工具有两种：凌日法和视向速度法。
在这两种情况下，您都需要一台对恒星光线的微小变化敏感的望远镜。 然而，每个人寻找的信号却截然不同。
对于凌日方法，您需要一台能够将恒星持续固定在视野中的望远镜。 这就是为什么美国宇航局的天基凌日系外行星勘测卫星（TESS）等仪器如此强大，能够锁定天空的一部分超过27天不受地球自转的干扰。
入侵天文学，一次一颗系外行星 gif！ 这次用一张 gif 展示了探测系外行星的凌日方法？pic.twitter.com/2ZHv24DRTH
？ Alysa Orbits 博士（Obertas）（@AstroAlysa）2021 年 9 月 1 日
这类望远镜的目的是发现凌日信号？ 当一颗系外行星经过我们和它的主恒星之间时，就像一小朵云遮住了几缕阳光。 正如您可以想象的那样，这些光的下降很小。 一个光点不足以自信地推断出系外行星的存在； 有很多因素可以使恒星的光芒变暗，其中许多都是一次性事件。 多次凌日，尤其是那些表现出规律性周期性的凌日，是黄金标准。
因此，数据显示，较大的系外行星的轨道周期较短，其与恒星的距离比水星与太阳的距离还要近（有些距离要近得多，轨道周期小于一个地球周）。
如果您错过了，我的 gif 展示了如何通过径向速度法检测系外行星，现在可以在黑暗模式下使用！pic.twitter.com/P4yvXQVSUt
？ Alysa Orbits 博士（Obertas）（@AstroAlysa）2022 年 8 月 15 日
径向速度法检测恒星在其轨道上旋转时由系外行星的引力引起的摆动。 你看，行星系统并不是真正绕恒星运行，而是以协调一致的方式跳舞。 恒星和行星围绕一个共同的重心（称为重心）运行。，这是一个非常非常接近太阳表面的点，或者就在太阳表面之外，主要是由于木星，即超过两次所有其他行星的质量总和。
与凌日事件的眨眼就错过的事件不同，恒星位置的变化是一个持续的变化，不需要持续监测才能注意到。 我们可以探测到遥远恒星绕其重心运行的运动，因为该运动改变他们的光线由于所谓的多普勒效应。
当恒星向我们移动时，朝我们方向射来的光波会被轻微挤压，朝向光谱中较蓝的一端； 当它离开时，波浪向较红的一端延伸。 恒星光线的规律“摆动”表明轨道伴星的存在。
同样，数据倾向于支持较大的行星，它们在距离恒星更短、更近的轨道上施加更强的引力影响。
除了这两种著名的方法之外，有时还可以在系外行星绕恒星运行时直接对其进行成像。 虽然这是一件极其困难的事情，但它可能会变得更加普遍。
英国华威大学的天文学家丹尼尔·贝利斯表示，这种方法将发现几乎相反的类别系外行星到短轨道品种。 为了在不被母恒星的强光淹没的情况下看到系外行星，两个天体需要有非常大的距离。 这意味着直接成像方法有利于轨道相对较长的行星。
然而，出于显而易见的原因，通过这种方法仍然可以更容易地发现更大的系外行星。
“每种发现方法都有其自身的偏见，”贝利斯说。
他说，地球绕太阳运行一周的轨道位于不同探测技术所青睐的轨道极端之间，因此“找到轨道运行一年的行星仍然非常非常困难。”
外面有什么？
到目前为止，人数最多的群体系外行星是一类甚至在太阳系中都没有出现的行星。 这是迷你海王星吗？ 体积小于海王星但大于地球的气体包裹的系外行星。
大多数已确认的系外行星的轨道都比地球短得多。 事实上，超过一半的轨道运行时间不足 20 天。
我们发现的大多数系外行星都围绕孤独的恒星运行，就像我们的太阳一样。 不到 10% 位于多星系统中。 然而我银河系中的大多数恒星都是多星系统的成员，据估计高达 80% 的恒星以伙伴关系围绕至少一颗其他恒星运行。
不过，请想一下。 这是否意味着系外行星在单恒星周围更常见？ 或者说在多颗恒星周围更难探测到系外行星？ 多个光源的存在可能会扭曲或掩盖我们试图从系外行星探测到的非常相似（但小得多）的信号，但也可能是多星系统在某种程度上使行星形成变得复杂。
这让我们再次回到家，回到我们的太阳系。 尽管在我们发现的一切中，家看起来很奇怪，但它可能一点也不罕见。
贝利斯说：“我认为可以公平地说，我们的太阳系中实际上缺少一些非常常见的行星类型。”
“超级地球看起来有点像地球，但半径是地球的两倍，我们没有这样的东西。我们没有这些迷你海王星。所以我认为可以公平地说，有一些非常常见的东西我们在太阳系中看不到的行星。
“现在，无论这是否会使我们的太阳系变得罕见，我想我不会走那么远。因为可能有很多其他恒星拥有我们还没有看到的太阳系类型的行星组”。
处于发现的边缘
30 年前，第一颗系外行星被发现，绕着，一颗与我们完全不同的恒星。 从那时起，这项技术的改进就淡出了人们的视线。 既然科学家们知道要寻找什么，他们就可以设计出越来越好的方法来在更加多样化的恒星周围找到它们。
而且，随着技术的进步，我们寻找越来越小的世界的能力也会随之增强。
这意味着系外行星科学可能即将发现我们当前视野中隐藏的数千个世界。 正如霍纳指出的那样，在天文学中，小事物比大事物多得多。
红矮星就是一个完美的例子。 它们是银河系中最常见的恒星类型？ 它们很小，质量只有太阳的一半左右。 它们又小又暗，我们无法用肉眼看到它们，但它们却占了高达 75%银河系中的所有恒星。
目前，当涉及到统计理解系外行星时，我们使用的信息不完整，因为有些类型的世界我们是看不到的。
这势必会改变。
“我只是有一种挥之不去的感觉，如果你 20 年后回来，你会看到那些关于迷你海王星是最常见的行星的说法，其怀疑程度与你回顾来自海王星的说法一样多。 20 世纪 90 年代初，人们认为恒星旁边只会有岩石行星，”霍纳告诉 ScienceAlert。
“现在，我很可能被证明是错的。这就是科学的运作方式。但我的想法是，当我们能够发现地球大小和更小的东西时，我们会发现还有更多的东西与地球大小相同，但比海王星大小的物体要小。”
也许我们会发现，我们这个奇怪的小行星系统，尽管有其所有的怪癖和奇迹，在宇宙中并不是那么孤独。
本文的早期版本于 2022 年 12 月发布。
