上部 说史 二十五 神奇的行星凌日
在第一颗系外行星被发现的4年后,好运气落到了美国加州理工学院的天文学家戴维·沙博诺头上。他用视向速度法发现一颗叫做HD209458的恒星有行星围绕,接着他利用哈勃望远镜对这颗恒星的亮度进行了观测并记录。结果,神奇的一幕发生了,我们找到了寻找类地行星的方法。
这颗恒星的亮度每隔7天会减弱一次,亮度会丢失1.5%,每次持续几个小时,非常有规律。天文学家马上就意识到这一恒星亮度有规律变化的发现又是一个天赐的礼物,为什么会变化呢?其实很简单,从我们观察者的角度看过去,围绕着这颗恒星旋转的行星每隔7天从恒星的表面经过一次,这种天文现象我们称之为“行星凌日”。这在太阳系经常发生,比如说日食其实就是月球凌日,从我们观察者的角度看过去,月亮挡住了太阳,所以太阳会骤然变暗。
用这个办法寻找行星是具有划时代意义的,因为要观测恒星的亮度变化比观测多普勒效应要“容易”,准确地说是精度更高。这个精度足以让我们发现质量较小、离恒星较远的类地行星。通过恒星亮度衰减的多少以及凌日的时间等数据(再配合视向速度法测量的数据),我们还能够比较精确地计算出这颗行星的质量、体积、轨道周期、与恒星距离等数据。
不过呢,虽然精度是够了,要寻找到类地行星仍然是相当的不易。首先,一颗行星要能够相对我们产生凌日现象,它的运行轨道必须和地球在一个平面上。如果地球是处在“俯视”的位置上,那么就永远不可能观察到凌日现象,而二者处在同一个轨道平面的几率只有大约百分之一。
图1-26 恒星HD209458的亮度有规律地衰减
然后,一颗较小的类地行星的公转周期往往要长达数年,这里面就有一个逻辑严谨性问题。如果你第一次观察到恒星亮度变化,这还不足以证明有行星凌日,可能会有其他偶然因素干扰。当第二次观察到恒星亮度变化,也还不能确保是行星凌日。只有当再次经过和前两次相同的间隔时间第三次又观察到了恒星的亮度变化,而且亮度变化的幅度和持续时间都相同,才能算是证据确凿。
最后,还得有点好运气,行星凌日的时候必须得是晚上,天文学家也是属于那种干着昼伏夜出工作的人群。因为系外行星的公转周期不可能恰好是24小时的整倍数,所以很有可能第一次凌日发生在晚上,第二次就发生在白天了,那么就又得多等一个周期才能再次在晚上观测到凌日。所以你看看,天文学家得是多么耐心的一群人啊!
行星凌日法终于在理论上允许人类通过望远镜发现太阳系以外的类地行星了。有了这个强大的理论,天文学家普遍认为找到第一颗类地行星仅仅是时间问题,没有任何悬念。这又是一场新的竞赛,就像当年瑞士人第一个发现系外行星一样,要在这场竞赛中获得胜利,除了要有毅力和耐心,还需要幸运女神的垂青。本以为系外类地行星发现的激动日子很快就会到来,没想到这一等就是五六年。
而在等待第一颗系外类地行星发现的日子里,美国加州伯克利大学的一帮年轻人为寻找外星人的事业做出了一个奇特的贡献。