科学家是怎么发现太阳系外行星的？有哪些方法？

夜空中每一个遥远、闪烁的光点，都是一颗恒星，都具有和我们太阳系一样的可能性。这其中包括：外行星世界的可能性，生命的可能性，文明的可能性！在一个晴朗、漆黑的夜晚，宇宙有着无限的可能，你在仰望星空，而你的对面也可能有人正遥望着你！因此我们在研究恒星的同时，也在探索恒星的行星，因为行星才是生命的摇篮！下面就说下，我们是通过哪些手段研究太阳系外行星的？

如果在20年前，关于其他系外行星的可能性，我们只能根据理论来推测，其他恒星周围可能存在类似太阳系的行星系统！这在理论上是肯定会发生的。但是现在不一样了，我们已经确切的发现了围绕其他恒星运行的行星！

首先我们要知道，研究行星要比恒星困难的多，因为恒星发光，质量不一样光度不一样，研究恒星光谱，我们也能知道恒星的组成！但是行星不发光，它们在暗处，没有任何可直接观测的条件，我们只能间接的去研究系外行星。

事实上，我们目前有两种主要的方式来研究系外行星：恒星摆动和行星凌日。

在我们的印象中太阳除了自转应该是固定在太空中的，行星围绕着太阳公，这个想法其实是一个真实情况的近似值，毕竟，太阳的质量约占太阳系质量的99.8% ！但实际上，太阳向其他行星施加引力，那其他行星的引力也会作用于太阳。如果我们把木星放大很多倍，太阳和木星的情况就像上面的动图一样。（这个有些夸张了）

这一点很重要，如果我们现在离太阳系很远，而太阳和另一个巨大的天体正在围绕轨道运行，我们会看到什么？

如果我们处在这个系统的侧面，就会看到太阳运动轨道的一部分朝向我们，另一部分远离我们。对于光而言，当恒星向我们移动时，光会发生蓝移，而当恒星远离我们时，光会发生红移。

通过长时间的观察红-蓝-红-蓝的振荡模式，我们就可以测量：

通过震动的幅度，我们就能知道恒星轨道中运行的行星质量，

毫不奇怪，用这种方法发现的第一批行星质量非常大，从距离上非常接近它们的母恒星，因为这是用这种方法最容易看到这类行星！但是我们还有第二种方法...

行星凌日！通常情况下，当我们观察一颗恒星时，恒星会发出大致恒定数量的光线。但是如果有行星从恒星前面经过的话，行星就会挡住一定比例的光线。如果我们的仪器足够灵敏，就可以检测到光发射量的微小变化。

这个方法需要我们观察的角度基本上和行星轨道平面一致，恒星系的其他行星将会依次经过母恒星前面，挡住光线：

通过测量被挡住的光量，我们就能知道行星的直径

在太阳系中我们经常会说水星和金星的凌日现象，这是因为从地球上看，水星和金星是唯一能阻挡太阳光的行星。

这就是开普勒计划目前寻找行星的方法。

总的来说，我们现在已经发现了超过1500颗太阳系外的行星！在这些行星中不仅有像水星、金星、地球和火星这样的小型岩石行星。

还有像木星、土星、天王星和海王星这样的大型气态巨星。

我们还发现了“介于两者之间”的行星。换句话说，这些行星看起来比太阳系所拥有的岩石行星要大得多，但却没有气态巨行星那么大。

这就是所谓的超级地球？

我们可以用以上两种方法测量这颗行星：摆动和凌日。我们只要知道了它的质量和半径，就能知道它的密度，也许我们还能知道这颗行星是由什么构成的！

看一下巨蟹星座的55 Cancri，或称rho Cancri，距我们地球只有40光年。首先通过摆动法探测到，55 Cancri至少有五颗行星围绕着它运行。

这颗行星的密度为10.9克/立方厘米，几乎是地球密度的两倍，(地球是太阳系中密度最大的行星)。质量是地球的8倍多，但半径只比地球大63% ！怎么会这样呢？

事实证明，这颗行星可能是一颗像木星一样的气态巨行星遗留的致密、高压缩的核心，并不是一颗简单的金属球！它的表面有可能是石墨，内层是钻石。

我们知道木星的核心是固体，而不是气体。但如果我们把木星推到离太阳很近的地方，木星的外层大气会被太阳剥离或者吞噬。而留下一颗致密的核心。

因此具我们推测55Cancri e原本可能是一个与土星大小相当的气态行星。但随着它的大气层被逐渐剥离，就留下了一个比地球大不了多少的核心，但它的质量和密度要比地球大得多！

这就是我们目前研究探索系外行星的方法。

1、视向速度移动法。

视向速度移动法的发现原理是通过恒星的左右移动，可以测出旁边行星有多远，以及质量有多大。这种测量是最容易知道旁边有行星的，现在已发现了七百多个行星。一般以这种方法探测出的行星质量很大，却不知道它的半径，按这种方法发现的行星距离也很近，一般不会上千光年，使用此方法发现的行星轨道也会比较向外。用此方法发现的行星一般以HD xxx，Gliese xxx来命名。

2、凌星法

凌星法发现的行星比视向速度法更难发现一点，半径也会小一点，距离一般在100-10000光年发现。此方法探测出来的行星多半是知道体积，很少行星是知道质量的。它们的轨道周期也会更里面一点，以这种方式发现的最外面的行星也不会超过木星轨道，现在已经发现2600多个行星。用这种方法更能探测出宜居行星，用此方法发现的行星一般会以Kepler-xxx，K2-xxx，WASP-xxx来命名。而且能在各种种类的恒星找到红矮星，包括G型，F型，B型，次巨星等发现。

3、脉冲计数法

用脉冲计数法探测出的行星佷少，目前仅不到100颗，比较出名的PSR J1719-1438b就是用此方法的钻石星球。（具体内容可看Exoplane一一系外行星）

4、引力微透镜法

引力微透镜法探测出来的行星更为复杂，而且一般质量特别大，距离地球又特别远的行星（1000-22000光年）。

5、直接成像法

直接成像法发现的最小的行星也比天海王星要大，一般用此方法发现的行星距地球也不会太远，较出名的HR 8799bcde四个行星就用此方法发现的。

探测行星成分要从母恒星内部的金属含量计算出行星密度，用凌星法探测出的密度较为简单。已知半径、质量、密度的行星特别少，K2-137b热木星是已知密度最高的行星。已知温度的行星也不多，大部分开普勒行星都不知道温度。TRAPPIST-1红矮星系7个行星的半径、质量、密度、温度，才能准确算出这是一个可能存在生命的行星，四样缺一不可。

科学家发现太阳系外行星的方法有很多种，不过一般都是利用天文望远镜观测到的各种数据，间接获得系外行星存在的证据。

对于距离较近的系外行星，可以确定行星的大小及公转周期等少量数据。距离太远了，基本就只能猜测可能有一颗行星绕恒星运动。要想测定系外行星的成分就更困难了，几乎不可能。不过可以通过观测恒星的光谱来猜测行星的可能成分。

1992年，人类利用脉冲星计时法观测到了第一颗系外行星，亚历山大·沃尔兹森和戴尔·弗雷使用这种方法发现了环绕着恒星PSR1257+12的行星。天文学家于2008年首次拍到了太阳系外行星的直接图像。截至目前，科学家总共发现了大约1000多个系外行星。

虽然方法各不相同，但原理都大同小异。系外行星不发光且距离地球太远，用天文望远镜几乎观察不到。但系外行星的存在会对其所环绕的恒星产生某些影响，科学家们通过观察恒星的光芒及运动等微小变化，就可以确定系外行星的存在。

这些观测数据包括：恒星在天空中运行轨迹的变化、恒星的亮度因行星运动而发生的变化、恒星的二级光变曲线、恒星受行星引力拖曳而产生的多普勒频移……

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请你了解一下凌日法，就是当某一或多个系外行星运行到其母恒星与地球中间，并且恰巧形成了三点或多点成一线，从地球方向观测该系外行星阻挡住其母恒星发出的光、射线等物质，使其母恒星突然变暗、变弱，当该行星离开这条线时其母恒星会迅速恢复原来的状态，而这个过程恰巧被地球上及太空中人造观测设备观测到，这就叫凌日法，是目前人类探索寻找系外行星和生命的主要方法，此外该系外行星是否宜居且拥有生命体系还要看它（按太阳系和地球标准）是否在适当的宜居带位置、宇宙空间环境、是否拥有液态水、大气、体积、温度等因素能否满足生命的生存条件。

是通过光谱发现了，宇宙非常大，光的传递非常久。有的甚至要几百亿年。通过哈勃望远镜进行光谱分析，就能得到几百亿年前那个星系是什么样子？不过我们看到的只是过去，因为宇宙非常大，光传递非常久，从永看不到现在那个星系是什么样子？只有几百亿年后，我们才能看到现在那个星系的样子。

一些科学家们认为，如果NASA真的想要在寻找地球以外的生命，那么它需要向太空发射并启用一个全新的大型太空望远镜--该望远镜能够直接捕捉到太阳系外星图像--才行。然而目前这样的技术还不存在。据悉，这一想法源于美国国家科学院、工程院与医学院成员整理的一份关于研究和探索太阳系外行星最佳策略的报告。

在收集了该领域专家的意见后，该机构总共提出了7条建议，其中望远镜名列榜首。

不过在制作报告的时候，作者并没有将潜在的财政限制考虑在内。俄亥俄州州立大学天文学教授Scott Gaudi在接受媒体采访时表示，他们并没有特别考虑成本、日程安排或任何其他类似的因素，“这只是一种系外行星社区认为如果想要解决我们的科学目标需要做的最重要的事情而达成的共识。”

眼下，天文学家都是通过间接的方式找到系外行星。关注遥远世界最常见的方法就是观察它们在母星目前经过的过程，也就是所谓的凌日。NASA已经投放在地球轨道的TESS就是用这种方式寻找行星的，未来投入使用的詹姆斯韦伯太空望远镜亦是如此。另外一种方法则是观察行星的重力是如何影响它的母星。即便一些行星非常小，但它们仍能让其恒星发生轻微摆动。

对一颗系外行星进行直接成像是一项非常近艰巨的任务，由其是跟地球一般大小的。这些行星距离它们的母星都非常近，很容易被附近的星光淹没。因此，为了能实现这个目标，科学家们将需要在未来的太空望远镜上安装一些特殊的工具以此来阻挡或减弱恒星的光线。

幸运的是，天文学家一直在研究这个问题。其中一个概念就是日冕仪。日冕仪是一种光学仪器，它可以被连接到望远镜上，用反光镜来抑制来自恒星的光线，使人们更容易看到隐藏在附近的行星。地球上和太空中的望远镜就都配备了日冕仪来帮助研究太阳，但这种高对比度的仪器还没有在太空中进行全面测试。

除了日冕仪还有另一种选择。天文学家们一直在尝试一种被称为遮星伞（starshade)的东西。它是一个巨大的花形结构，会在望远镜前面飞出来，通过投射阴影阻挡来自恒星的光线。然而问题是，这项技术相当复杂。一个遮星伞必须在距离太空望远镜10万公里左右的地方飞行才能准确地阻挡来自遥远恒星的光线。像日冕仪一样，遮星伞技术还未完全成熟。

任何能够直接成像的望远镜项目都将要耗资数十亿美元，这可能让国会难以接受，特别是考虑到詹姆斯韦伯太空望远镜的延迟以及成本超支。与此同时，特朗普政府则还提议取消广角红外巡天望远镜(WFIRST)，理由是该项目的成本超支。但系外行星天文学家对此仍持乐观态度，他们认为这样的大项目有朝一日可能会实现。

这个问题是科学才知道的问题。但根据本人的爱好也了解一点，是根据恒星发出的光变暗程度推出行星的大小及位置的。