中学生能听懂的2019诺贝尔物理奖（下）太阳系外行星的探索

10月8日，诺贝尔物理学奖的一半一起颁发了瑞士地理学家米歇尔·马约尔（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz），以奖赏他们“发现了环绕类太阳型恒星作业的行星”。到现在为止，人类现已发现了许多系外行星，它们有类似地球的岩石行星，也有类似木星的气态巨行星，有些有大气，有些或许有液态水，还有许多与咱们熟知的太阳系行星十分不同。对系外行星的探究改动了人类对咱们在国际中所在方位的认知。

今日的文章是加州州立大学旧金山分校物理与地理系满威宁教授对2019年诺贝尔物理学奖科普的下篇，在上篇《用中学生能听懂的言语讲2019诺贝尔物理奖（上）：国际从哪里来，到哪里去？》中，她介绍了国际的前史和演化。而在这篇文章中，她将具体介绍查找太阳系外行星的成果，具体办法和物理原理，持续带咱们探究咱们是谁，咱们在哪里。

撰文 | 满威宁（加州州立大学旧金山分校物理与地理系终身教授）

又到了每年10月尽或许浅显地给咱们介绍诺贝尔物理学奖的时刻。我期望尽量用挨近中学物理的言语，讲清楚这些得诺贝尔物理学奖的作业做了什么，为什么要做，怎样做的，有什么成果和展望。

2019年诺贝尔物理学奖一半颁给美国普林斯顿大学的詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles），“奖赏他在物理国际学的理论发现”，另一半则一起颁发了瑞士地理学家米歇尔·马约尔（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）师徒，以奖赏他们“发现太阳系之外其他恒星的行星”。

这是十分特其他一年，由于这两项作业触及的范畴相距甚远，一个研讨很多国际的开展前史，一个寻觅太阳系外的行星，而国际物理学和地理物理学在业界其实是彻底不同的两个范畴。尽管这样的组合十分稀有，但关于获奖原因仍是可以合并在这句致辞里：以奖赏他们“为人类对国际演化和地球在国际中的方位的了解做出的奉献”。是的，重要的是这两项作业深刻地改动了人类对国际的认知。

庄子说，“井蛙不可以语于海者，拘于虚也；夏虫不可以语于冰者，笃于时也。”感谢人类两千年科学史上那些才智的魂灵，帮咱们在时刻短的生命中看到了那么悠远的曩昔和未来。

“咱们是谁？咱们从哪里来，咱们要到哪里去?” 或许上一篇文章《用中学生能听懂的言语讲2019诺贝尔物理奖（上）：国际从哪里来，到哪里去？》可以协助你略微了解一点国际从哪里来。

而这一篇，咱们从地球动身，具体介绍科学家们寻觅太阳系外行星（Exoplanet）的具体办法，以及现已寻觅到了什么。“咱们是谁，咱们在哪里? ” 咱们的太阳系、咱们的地球是特其他吗？是绝无仅有的吗？

在哥白尼（1473-1543）推翻地心说倡议日心说之后，布鲁诺（1548-1600）提出太阳也不是国际的中心，太阳仅仅许多恒星中的一颗，国际是无限的，没有中心。在上篇文章咱们讲过，银河系是国际亿万个星系中很普通的一个，而银河系里边有上千亿颗恒星，太阳仅仅其间的九牛一毛。

几百年来，一些哲学家和科学家估测太阳系之外有行星存在，另一些哲学家和科学家以为地球上合适生命的种种条件加在一起发作的概率是那么小，或许地球和太阳系真的是绝无仅有的。好久以来人类没有办法知道，行星是不是普遍存在，其他恒星的行星与太阳系的行星类似度又怎么，合适生命生计的地球又究竟有多稀有。

智利帕瑞纳地理台上空的银河相片。| 图片来历 ：ESO/Y. Beletsky

离太阳系最近的恒星，半人马座的比邻星归于一个三恒星体系（科幻小说《三体》里三个太阳的创意来历），间隔咱们4.3光年远，这个间隔光要花4.3年才干走过。人类制作的最快的飞行器旅行者一号，自1977年发射以来，早已飞出太阳系，它坚持６万１千多公里每小时的速度，都还要飞73600年才干完结4.3光年的间隔。灿烂的漫天繁星间隔咱们实在是太远了，就算它们有行星，但行星不发光，又比恒星小得多，直接用望远镜调查是很难看到的。

那怎样办呢？怎样才干通过观测悠远的恒星星光去找出它们邻近隐藏的行星？这真是个天大的难题，人们从前运用本文后边说到的办法尽力了许多年都没有任何收成，到了上个世纪九十年代初期，人们乃至觉得或许永久也不会找到太阳系外的行星了（不要忘了那时核算机等东西还很落后）。

其时有一种解说在地理学界比较有商场：多颗恒星通常在星云里成簇地诞生，而越挨近星云中心的恒星往往质量越大。恒星质量越大，引力越强，核聚变越剧烈，寿数越短。大质量恒星往往几百万年内就简直耗尽，发作超新星迸发。超新星迸发可以把恒星的一部分质量以十分之一光速抛出去，并宣布强壮的激波，足以撕碎和推开环绕恒星周围的旋转盘内的全部，扫荡洁净本来有或许构成行星的物质。而太阳诞生时或许处于团簇的边际，质量又不很大，寿数超越百亿年，周围因太阳引力环绕太阳旋转的物质有满足长的时刻和时机演化成大巨细小的行星。所以说有或许太阳系和行星体系是很稀有的。

乃至在太阳系外的行星被发现之后的好几年，依然会遭到地理界的重复质疑，直到许多由不同观测办法彼此佐证的行星被发现，才得到业界认可。而直到观测承认太阳系邻近简直每个恒星都有行星，人们才彻底承受现实：咱们的太阳系并不稀有，更不仅有。

本文主要给咱们介绍科学家用哪些办法勘探和发现太阳系外的行星，以及相关的物理原理。咱们将具体评论以下这些问题：

1、什么是主序星？恒星的演化和分类

2、哪些办法可以勘探太阳系外行星？

3、多普勒效应是怎样回事？

4、恒星会在行星影响下运动吗？

5、怎么用多普勒径向速度法勘探行星？

6、什么是勘探系外行星的凌日法？

7、太阳系外行星勘探的里程碑和展望

什么是主序星？恒星的演化和分类

马约尔和奎洛兹师徒由于在1995年发现了太阳系外榜首颗归于主序星（类似于太阳的恒星）的行星，而取得2019年诺贝尔物理奖的一半。

其实在1992年，波兰地理学家亚历山大·沃尔兹森（Aleksander Wolszczan）现已发现了榜首颗太阳系外的行星，不过它归于一颗脉冲星，脉冲星与类似太阳的主序星彻底不同。

在上一篇文中现已说到，温度越高的物体电磁波辐射的频率越高，波长越短。太阳的辐射包含一切频率的电磁波，由于它表面温度挨近6000摄氏度，辐射的峰值频率在绿光的规模。咱们习气的白色便是从红到紫的可见光的混合，是人类依据太阳辐射的中心频率波段进化出的视觉规模。下面这张图的纵坐标代表恒星光度与太阳光度的比值，横坐标朝右代表温度下降。

恒星的分类

咱们可以通过这张图大致了解，巨细不同的主序星都嵌在图中的主序带中，包含右下角又小又暗、偏低温的红矮星，中部类似太阳的恒星，和左上角又大又亮、偏蓝的更高温的恒星。主序星的亮度和温度有显着的相关，温度越高亮度越高，色彩越蓝（光谱中心频率越高）。而右上角的红巨星和红超巨星体积巨大，亮度大，温度却偏低，所以光谱偏红。左下角显现的白矮星则体积十分小，亮度也小，温度却较高。

恒星的演化 | 图片来历 ：wikipedia

从这个图中可以看到不同质量恒星或许的生命轨迹。一般恒星在其青壮年时期是主序星，比方咱们现在的太阳。不同质量的恒星从星云中诞生。中等质量的恒星包含咱们的太阳寿数很长，在核聚变反响中耗尽了氢原子核今后会阅历红巨星，再到白矮星乃至黑矮星的进程。而大质量的主序星跟着核聚变质料的耗费，会比较短寿地脱离主序星部队，通过红超巨星阶段和超新星迸发，终究坍缩成黑洞或许密度极大的中子星、脉冲星。脉冲星是高速旋转的中子星，随同它的自转，咱们能周期性地接收到它的电磁波脉冲。

哪些办法可以勘探太阳系外行星？

到现在为止，勘探太阳系外行星的办法主要有: 多普勒速率法、凌日法、凌日时刻变分法、直接印象法等等。其间多普勒速率法和凌日法最为有用。

别的脉冲星计时法也可以用来发现脉冲星的行星。通过剖析脉冲星的脉冲周期的改动，可以发现影响它们运动的行星。比方1992年沃尔兹森就现已用这个办法发现了榜首个太阳系外行星，脉冲星行星 PSR B1257+12 b，但这个办法不能用于类似太阳的主序星。

人们想知道自己在国际中是否孤单，所以更巴望、更在乎寻觅坐落主序星的宜居带的行星，或许这便是为什么沃尔兹森没能同享这次的诺贝尔奖。由于脉冲星是迸发过的、塌缩后的高密度高辐射中子星，他们的周围是超新星迸发清空的巨大空间。所以脉冲星居然有行星是十分推翻人们的认知的。之后沃尔兹森发现这颗脉冲星PSR B1257+12有好几个行星，存在行星系，物理含义严重。脉冲星的发现和脉冲双星的发现曾别离取得诺贝尔物理奖。最早发现和承认太阳系外行星的沃尔兹森没能共享关于系外行星探究的诺贝尔奖也是一种惋惜。

下面要点介绍本次获奖作业运用的多普勒径向速率勘探法，和迄今发现系外行星数量最多的凌日法（占总数的74%）。

多普勒效应是什么回事？

中小学生都可以在家里用一个简略的试验来了解多普勒效应发作的原理。预备一大盆水，在水面上接连匀速地用手指敲击，咱们会得到均匀传达开的水波纹。

停止波源和运动波源比照图：运动波源发作多普勒效应。| 图片来历：Soundfly

而假如一边接连敲击水面，一边往前移动手指，就会发现水波不再均匀对称地朝四周分散，而是波源前方的波长会被紧缩，波源后方的波长会被展宽。

换句话说，假如观测者站在波源行进的前方，会遭受更密布的波峰，所观测到的波峰与波峰之间的时刻间隔（周期）更短，观测到的频率更高。而假如观测者站在波源后方，波源正在远离，波长被展宽，观测者就会遭受更稀少的波，观测到的时刻间隔（周期）变长，频率变低。这便是多普勒效应。

救护车或火车鸣着笛吼叫而来时，咱们听到的腔调更高（频率高），一旦救护车或许火车拂袖而去时，咱们听到的鸣笛声响就更消沉（频率低）。

声响的多普勒效应。| 图片来历：https://i.pinimg.com/originals/1c/31/2e/1c312e9f91ed8926d15c1a9824a9fa66.png

波源运动的速度越快，这种频率改动效应也就越显着。通过比较停止波源的频率与勘探到的频率之间的改动，就可以核算出波源沿着观测者的视野方向（径向）挨近或许远离的速度。

这样的多普勒技能被广泛地用来丈量各种标准的物体的运动速度。即便这个运动物体自身不发射任何波，也可以通过它们反射波的多普勒频率的改动量来丈量它们的速度。比方在街头远间隔无触摸丈量车速，在“五颜六色B超”中丈量血管内血液流速，丈量飓风中心行进的速度和方向，这些都是运用多普勒效应。

方才这些解说是运用水波或许声波来形象地论述多普勒原理，而类似的多普勒效应也会在光波（电磁波）传达时发作: 当波源挨近的时分观测到的频率变高，当波源远离的时分观测到的频率变低。频率改动的程度由沿着观测者的视野方向（径向）的速度决议。当光源径向速度远小于光速时，这个频率改动是极点细小和不易发觉的。比方当光源的径向速度是光速的千万分之一时（30米每秒），多普勒效应的频率和波长别离只改动千万分之一。

汞灯透过光栅的相片 | 图片来历：作者

别的，原子内部电子轨迹能级的能量差是固定的，它们对应频率准确固定的光谱，也便是说比方氢原子在停止时会吸收和发射什么频率的光是固定和已知的。比方在上图中透过一个简略的光栅看汞灯，汞原子光谱里边不同色彩（频率）的谱线就清晰可见。

氢原子吸收谱线的多普勒移动。| 图片来历：LibreTexts

高温的恒星宣布一切频率的接连光谱时，其富含的成分比方氢，会吸收掉特定频率的一部分光。上图中部的几条黑线就代表氢原子停止时的吸收光谱。当发光天体远离咱们运动的时分，咱们观测到的那个天体的氢原子吸收光谱的频率会因多普勒效应而改动，这些黑线会发作朝右的红移。当天体朝向咱们运动时，这些氢原子吸收光谱的黑线会发作朝左的蓝移。通过比较发光天体的光谱与停止原子光谱之间的纤细频率差异，就可以准确核算发光天体相对观测者（地球）的径向运动速度。

别的值得一提的是，天体自身运动导致的被观测频率的多普勒改动与上一篇说到的因国际空间胀大而发作的哈勃红移不相同。前者依据运动方向可以有蓝移或许红移，后者由于国际空间自身的胀大而只需红移。

恒星会在行星影响下运动吗？

太阳系一切的行星加起来，也只相当于太阳质量的千分之一点四。所以太阳系的行星环绕太阳作业的时分，咱们如同总觉得太阳是个不动的“中心”，是不受行星运动影响的。

而现实上，行星运动或许对恒星发作什么样的影响呢？

依据牛顿第三定律，两个物体之间的效果力和反效果力巨细持平、方向相反，并且这样的内部力气不会影响这个体系全体的质心运动。因而，由于惯性，假如没有外力的搅扰，旋转的体系会环绕体系的质心一向旋转，而质心不动。

当两个球相隔必定的间隔，假如这两个球质量持平，它们的质心在两个球心连线的中点。假如其间一个球比别的一个球重，质心就向重的那个球偏移。两个球都环绕这个一起的质心旋转，周期相同。天体里的双星体系（很近的两个恒星）通常会这样运动。

双球体系的圆轨迹和椭圆轨迹。| 图片来历：Ohio State Univ.

而当其间一个质量比另一个大得多的时分，体系的质心会进入到大球内部，大球环绕质心的运动起伏和速度会比小球的小许多。

较小物体（如太阳系外行星）与较大物体（如恒星）同周期地环绕它们一起的质心（赤色十字）旋转。| 图片来历：Wikipedia

极点状况下当其间一个球的质量相对另一个来说是九牛一毛、微乎其微的时分，整个体系的质心紧挨着大球的中心。两个球环绕体系质心运动时，看起来是小球在环绕大球中心转，大球如同没动。咱们熟知的太阳与它的行星看起来就像这样。

现实上，不仅仅是大球对小球的吸引力拉着小球在转圈，小球对大球有相同大的吸引力，也会拉着大球转圈，仅仅大球旋转的起伏和速度要小许多。仅仅通过牛顿第三定律或许说动量守恒定律，就可以推导出，由于太阳质量是木星质量的1047倍，木星导致的太阳旋转的速度是木星公转轨迹速度的1/1047，也便是大约每秒13米。而地球公转对太阳发作的速度影响只需9厘米每秒。

怎么用多普勒径向速度法勘探行星？

左图：恒星在行星的引力效果下顺时针旋转，观测者在图中下方，视野方向的径向速度重量导致光谱频率周期性地添加或削减。右图：太阳在木星影响下（黑线）和土星影响下（红线）的径向运动速度随时刻的改动，以及考虑丈量误差噪音时或许的动摇（黑点）。| 图片来历：Addison Wesley, Debra Fischer

径向速度是物体运动速度在调查者视野方向的重量，假如恒星在行星的影响下转圈，径向速度会在行星公转的四分之一个周期内从零变到最大值，类似圆周运动在某个方向的投影，速度是时刻的正弦函数，导致该恒星被观测到的光谱发作周期性的多普勒红移和蓝移。也便是说，假如发现有恒星的光谱存在周期性的频率变高又变低的多普勒移动，就意味着它们时而朝向咱们、时而远离咱们运动，假如扫除有紧邻的恒星或矮褐星构成双星体系，那这就或许是一个行星的影响。

试想一下，假如外星系的人想通过观测太阳来找太阳系的行星，他们可以观测太阳光谱频率随时刻的改动来判别太阳有没有由于行星而小幅滚动，以及核算径向速度，但这真是太不简单。即便他们的视野正好平行木星公转的平面，最多也只能勘探到太阳13米每秒的径向速度发作的多普勒效应，这么细小的改动仍是在绵长的木星年才干完结一个周期，也便是11.9个地球年（如上图）。外星人用这样的办法来找地球（勘探地球影响太阳每秒9厘米的运动速度）就更难上加难了。

在1995年曾经人们在这方面的尽力一向没有收成，期望看起来很迷茫，究竟能不能通过多普勒效应勘探到恒星-行星体系中恒星弱小的相对运动？

飞马座（Pegasus）在秋季北方的天空比较显着，包含一个近乎正方形的大四边形。Pegasus 51是被红圈标识的这颗从地球上肉眼可见的恒星。| 图片来历：Wikimedia Commons

马约尔和奎洛兹构建了一种新式光谱仪一起丈量142颗恒星的光谱，总算在1995年发现，飞马座的一颗编号为51的恒星（Pegasus 51）的光谱频率周期性改动。通过剖析恒星光谱频率随时刻的改动，人们可以核算出它的径向速度随时刻的改动，拟合相应的正弦时刻函数，然后核算它环绕质心旋转的周期，模仿描绘它的轨迹，并推算出影响它如此运动的天体的质量规模和间隔规模等信息。很快人们证明，这不是一个双星体系，而是一个质量至少是地球150倍的类似木星的行星，这颗行星依随它的母星被命名为飞马座 51b。

令人惊奇的是这颗巨大的行星离母星飞马座51恒星特别近（相当于地球到太阳间隔的5%），依据中学物理课说到的开普勒定律，行星轨迹半径越小，公转角速度越快，周期越短。它公转一圈只需要四个地球日。这一发现也改动了人们对行星构成和散布规则的知道：本来在离恒星这么近的当地可以有类似木星的巨行星。不像在太阳系内，四颗岩石行星——水星、金星、地球和火星都比较小，且离太阳比较近；而气态巨行星如木星、土星都离太阳很远，温度满足低，它们的行星核的引力才干够像滚雪球相同抓获周围的氢和氦，构成巨行星。并且由于间隔太近，飞马座51b面临母星那一面的温度可以高达上千度。尔后人们还发现了许多类似的挨近恒星的巨大“热木星“, 并看到它们往往一向在“蒸腾”。

图为观测到的行星飞马座51b以及拟合的正弦时刻函数。 | 图片来历：[5]

飞马座51b的发现是地理学的一座里程碑。尔后许多的地理望远镜被投入到运用多普勒径向速度法寻觅太阳系外行星的作业中。2003年开端投入运用的高精度径向速度行星查找器（High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, HARPS）乃至可以分辩恒星1米每秒的速度所引起的多普勒频率改动。

1996年2月年代杂志封面。 | 图片来历：Time

多普勒径向速度法合适各式各样的恒星，不限于主序星。这种办法显着对发现公转速度比较快、周期比较短，并且质量比较大的行星最有用。假如恒星有多个行星，其间质量偏小、间隔偏僻的那些，对恒星运动的影响十分弱小，比较难用这个办法分辩。别的，即便地球的视野方向并不与行星公转的平面平行，这个办法依然有用。只不过，多普勒效应只能勘探光源在径向（地球的视野方向）的速度，当恒星和行星轨迹平面与地球视野夹角太大，恒星径向速度会比实践运动速度小许多，以此预算的行星质量就会远小于实践质量。

什么是勘探系外行星的凌日法？

这是作者本人在2012年6月6日拍照的太阳投影的相片，图中除了较小较浅的太阳黑子，还有一个显着的黑圆斑。那是金星凌日，也便是金星挡在了太阳与地球之间。不像月亮遮挡太阳的时分会发作阳光大受影响的日食，由于金星间隔地球很远，金星凌日只能挡住一点点阳光，如同给太阳长颗小“痣”。

令人赞赏的是，凌日法系外行星勘探真便是靠勘探这一点点被行星挡住的星光！

太阳系外的行星由于太远太小， 极难直接被望远镜观测到，但咱们可以一向监测太阳系外恒星的亮度。假如有行星环绕那个恒星周期性滚动，就或许会周期性地挡在咱们和那颗恒星之间，然后略微削弱咱们观测到的那个恒星的亮度。

凌日法恒星亮度随时刻的改动示意图。 | 图片来历：How Do You Find an Exoplanet by John Johnson

咱们观测到的恒星亮度会随时刻的改动分为几个阶段: 恒星亮度不受影响的时刻段，恒星亮度从开端变暗（开端被遮挡）到最暗（最多遮挡）的进程，以及坚持最暗（最多遮挡）的时刻段，还有从开端康复到康复最亮的时刻段，再阅历坚持最亮的时刻段。通过细心地核算和比较不一起刻段的时长，可以核算出这个行星公转一周的周期、大致尺度、与恒星的大致间隔等等。

这个办法当然也极不简单，比方说地球的尺度仅仅能挡住十万分之八的太阳光。通过不懈的尽力，科学家们在曩昔二十年里用这种办法找到了几千颗系外行星，其间在2009年专为查找太阳系外行星发射的开普勒地理望远镜功不可没。

凌日法还有或许通过弱小的光谱改动勘探行星是否有大气层，以及大气层有什么化学成分。若将多普勒径向速度法和凌日法合作运用，相互验证则能获取更多的信息。比方多普勒径向速度法可以用来预算行星质量，而凌日法能供给尺度，所以咱们能预算行星的密度，判别它们的品种。凌日法的限制在于，假如行星公转的平面与地球的视野的夹角大一点，行星就不能遮挡住星光。

而凌日时刻变分法改进了凌日法，以研讨多个行星一起凌日的状况，协助咱们承认了不少具有不止一个行星的行星系，其间不乏与太阳系行星偏心率很不相同的比如。

太阳系外行星勘探的里程碑和展望

当人们发现人类现有的技能可以勘探和证明太阳系外行星的存在时，系外行星的查找作业便成为最近二十年地理学最抢手的范畴。人们更感兴趣的是间隔恒星不那么近、温度不那么高、能有液态水存在的宜居带（habitable zone）的行星。

跟着母星温度和亮度的添加，行星或许的宜居带与母星的间隔也添加。| 图片来历：wikipedia

1992年，榜首颗太阳系外行星被发现。

1995年，榜首颗归于主序星的系外行星被发现。

1996年，笔者现在作业的加州州立大学旧金山分校（San Francisco State University）物理与地理系教授杰弗瑞·马西（Jeffery Marcy）带领学生发现了榜首颗环绕主序星作业的长周期行星——大熊座47b，它的公转周期是一千零九十多个地球日。

1999年，马西等人发现榜首个类似太阳系的行星系——仙女座天大将军6具有多个行星。

1999年，人们初次用凌日法发现了一颗系外行星 HD 209458 b。

2007年，马约尔参加发现了榜首颗被以为是有或许合适生命存活的行星——格利泽 581c（Gliese 581 c），它间隔地球约20.5光年，离它的母星（坐落天秤座的格利泽581红矮星）很近，公转一周只需13天，但由于母星是红矮星，该行星的地表平均温度约在摄氏0至40度之间，或许存在液态水。它的质量至少是地球的5.5倍，一度被称为超级地球。

尔后为了谨慎起见，地理学界容易不提类地行星的说法，尽量只说类地尺度行星或许宜居带行星（代表平均温度或许在零下几十到零上几十度）。由于地球除了温度适合，还有许多其他利于生命生计的特别之处（大气层、磁场、月亮、潮汐、公转周期、有木星在外围等等）。宜居带行星不必定具有类似的特色。

2009年，马约尔还参加发现了现在主序星行星中最小的一个——格利泽 581e。它的质量约是地球的1.9倍，但与母星间隔只需地日间隔的百分之三，所以太热。

保存估量的宜居带规模、广义的宜居带规模，以及一些行星代表。纵轴是母星的温度，横轴是行星得到的照度与地球得到的照度比。| 图片来历：Penn. State Univ.

尔后更多广义的宜居带行星被发现，包含TRAPPIST-1d、Kepler-186f，还有离咱们最近的街坊比邻星的行星 Proxima Centauri b，它的平均温度大约是零下四十度。

在开普勒地理望远镜退役之后。2018年四月发射的凌日系外行星巡天卫星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）现已开端查找地球邻近300光年内的恒星的行星。

现在发现的系外行星的质量（左）与半径（右）随公转周期（横坐标）的改动与地球（绿星）之间的比较。| 图片来历：Debra Fischer & John Brewer.

大部分已发现的系外行星尺度都比较大，公转周期都比较短（离母星比较近），还没有跟地球的质量、尺度和公转周期（日地间隔）类似的行星被发现。由于地球这么小，地球可以遮挡的太阳光只需十万分之八；并且地球间隔太阳这么远，地球引力影响太阳运动的径向速度只需9厘米每秒，现在的勘探精度还不足以分辩地球这样的行星。

可是凭借一日千里的核算机数据处理才能和精细光谱学的开展（比如激光频率梳技能的运用）等，用多普勒径向速度法分辩0.1 米每秒的恒星速度，会在不远的将来成为或许，使得类似地球尺度和周期的行星也或许被发现。

结束语

1992年脉冲星行星PSR B1257+12B的发现和1995年飞马座51b的发现都是地理学上的重要里程碑，敞开了成功查找系外行星的年代，也使科学家知道到行星可以与咱们熟知的太阳系行星十分不同。通过很多科学家二十多年的尽力，不断改进丈量和核算的精度，依托大浪淘沙般的数据查找，到2018年10月8日，现已被承认的系外行星总共有3869颗，开普勒使命现已检测到18000颗行星候选者，包含262颗坐落潜在宜居带的候选者。它们既有类地岩石行星，也有类似木星的巨行星，有些有大气，有些或许有液态水。这些行星不管是尺度、方位，仍是轨迹偏心率等，与咱们熟知的太阳系行星有类似的，也有很不同的，这迫使地理学家扩展行星分类，从头审视行星构成的条件和进程。

银河系保存估量有几千亿颗行星，银河系仅仅苍茫国际的九牛一毛，系外行星的广泛程度深刻地改动了人类对咱们在国际中所在的方位的认知，以及人类对咱们的星球是否特其他判别。特别是连脉冲星都有行星和行星系的存在，向人们提醒行星的构成或许远没有曾经猜测得那么困难和稀有。人们对太阳系外生物存在的几率的判别也发作了实质的改动。

总归，本年两个看似相隔悠远的获奖范畴仍是有一起点的：榜首部分皮布尔斯关于前期国际演化的作业科学谨慎地提醒了咱们（国际）从哪里来。而第二部分对太阳系外行星的探究进一步清晰了咱们究竟在哪里。它们改动了咱们人类对国际的知道，对地球在国际中位置的知道，对整个人类和整个人类国际观的影响都是深远的。

吾生也有涯，而知也无涯。仍是感谢那些有才智又勤勉的魂灵让生命时刻短的咱们也可以了解那么悠远的空间和那么悠远的曩昔，并猜测悠远的未来。仰视很多的国际，越发能领会人类的藐小，并震慑于科学的巨大。

期望这篇科普文可以协助不具备专业知识的人们，略微了解一些物理学的广度、深度和物理学的美。大到国际，小到原子核，万物皆有理，祝福咱们能了解物理，爱上物理，享用物理的美。

作者介绍

满威宁，博士，本科结业于吉林大学少年班，博士结业于普林斯顿大学物理系，在普林斯顿大学和纽约大学从事博士后作业。现任加州州立大学旧金山分校物理与地理系终身教授，她带领的科研团队从事软凝聚态物理、无序资料、准晶、光子能隙及非线性光学的研讨。欢迎重视她的个人科普微信大众号mv0 (数字零）。

称谢: 感谢作者的前搭档现耶鲁大学的 Debra Fisher 教授和现在的搭档John Brewer教授跟作者的有利评论和供给部分图片。

参考资料

[1] https://。