系外行星太阳系外的外星世界

　　为什么我们对系外行星的认识在过去三十年里爆炸性增长。
　　这颗系外行星K218b，是一颗超级地球，拥有能够支持生命的水和温度。
　　系外行星长期以来一直占据着科学家和梦想家的思想。自从人类第一次发现夜空中的星星与我们的太阳相似以来，我们就一直在想象和推测可以围绕这些星星运行的世界。
　　这些系外行星会是类似地球的岩石类天体吗？它们有液态水吗？这种维持生命的重要元素在其他星球上的存在是否意味着我们在宇宙中并不孤单？
　　没有证据表明太阳系外行星（简称系外行星）不存在，也没有迹象表明太阳系在银河系中是独一无二的。但是，直到20世纪末，天文学家们还一直因为缺乏直接证据而感到沮丧，因为除了我们的恒星的影响之外，还存在其他的世界。
　　这是因为系外行星是出了名的难以探测。历史上，最成功的系外行星探测方法都是通过推断行星对其母恒星的微小影响来实现的，比如光线的微小变化或它们在恒星运动中引起的几乎难以察觉的摆动。
　　这是发现的第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星飞马座51b
　　直到30年前，我们才知道太阳系外的任何行星，我们所知道的都是太阳系内的行星。但是，一旦发现系外行星，就打开了一个全新的窗口，进入宇宙和它的其他行星系。
　　从那时起，改进的技术和巧妙的探测技术导致了包含4800多个遥远世界的太阳系外行星目录的膨胀。
　　系外行星研究的第一个重大里程碑是对系外行星有多普遍的认识，但同时，这些系外行星也非常多样化。系外行星有各种质量、大小和温度。
　　当涉及到这些物体的分类时，人类对太阳系的偏见是显而易见的。这意味着太阳系外的世界被贴上了超级地球、热木星和次海王星的标签，但这些行星可能与我们的行星系统截然不同，这意味着它们可以以惊人的形式出现。
　　如果数千颗系外行星的发现表明了什么的话，那就是我们的太阳系令人放心，而且几乎是独一无二的平凡。
　　第一颗系外行星的发现
　　太阳系外发现的第一颗系外行星是太阳系中明显不存在的天体的一个例子。1992年1月，亚历山大沃尔兹森和戴尔弗拉尔发现了它。二人发现了一颗围绕PSRB162026双星运行的岩石系外行星，该双星由一颗白矮星和一颗脉冲星组成，距离地球超过12000光年。
　　第二年，在同一个星系中发现了第二颗行星，也是一个类地行星。这两颗行星是太阳系最外层的两颗行星，分别被命名为Poltergeist和Phobetor，代表了所谓的超级地球的第一个例子。
　　这张脉冲星双星PSRB125712的图片显示了迄今为止发现的第一颗系外行星。
　　这些超级地球是由它们的质量定义的行星，它们的质量大于地球的质量，但仍然小于太阳系的冰巨星天王星和海王星。超级地球的质量上限通常被认为是地球的10倍。
　　你不应该被愚弄，认为超级地球与我们的星球有任何其他相似之处。这个术语并没有说明系外行星的表面状况或可居住性。
　　作为一个突出的例子，研究人员很快就认定，无论是Poltergeist还是Phobetor都不可能维持生命，因为它们所运行的脉冲星发出的强烈辐射会对它们造成冲击。
　　1995年米歇尔马约尔，（瑞士日内瓦大学理学院的天文台教授）以及他的博士生奎洛兹发现飞马座51b，一颗围绕类似太阳的恒星轨道上的行星。2019年10月，诺贝尔委员会将诺贝尔物理学奖授予这两个人，以表彰他们发现了这颗行星。
　　尽管它所运行的天马座51号恒星与太阳相似，但这并不意味着它的行星系与太阳系相似。这一发现标志着首次探测到一颗热木星这颗行星的大小和组成与太阳系的气体巨星相当，但却离其母恒星非常近。
　　这些行星的轨道距离比水星与太阳的距离更近，这意味着热木星在短短几天内就完成了它们的轨道，在靠近它们的宿主恒星的位置，它们会受到温度高达2000K或更高的高度辐射。
　　飞马座51号不仅给天文学家提供了一个早期的暗示，即在行星方面，宇宙是一个比他们之前想象的更狂野、更多样化的地方，而且热木星也将成为系外行星目录的中流柱。
　　热木星实际上在宇宙中并不常见，但由于仪器偏见，它们在当前的系外行星目录中非常常见。由于它们距离近、体积大、质量大，径向速度和凌日技术可以有效地探测到热木星，而这两种技术迄今为止已经发现了几乎所有的系外行星！
　　WASP76b的温度极高，铁被蒸发，像雨一样落在火星较冷的一侧。
　　在系外行星数量方面，亚海王星即半径比海王星小但质量大的行星，或质量比海王星小但半径大的行星，似乎主导着银河系。
　　意识到小行星在其他地方非常常见是另一个重要的里程碑。
　　系外行星研究目前正在进行，并将在未来呈指数级发展，其中一个里程碑是对这些更小行星的大气层的调查和寻找水。
　　不太冷，也不太热，正好
　　对于天文学家来说，一颗穿越其宿主表面的系外行星不仅是通过其引起的恒星输出光减弱来观测这样一个世界的好方法。凌日法也被证明是评估行星大气组成的好方法。
　　这是因为原子和分子吸收特定波长的光。因此，当恒星穿过行星的大气层时，通过观察恒星光线特征中的缝隙，天文学家可以看到是什么元素构成了这些气体包层。
　　1999年，格雷格亨利和大卫夏博诺利用凌日法探测并观测了一颗经过HD209458恒星前的系外行星。这表明，这颗名为HD209458b的行星的大气层中有氧、氮、碳，更重要的是，还有水。大气层正从这个星球上被剥离，留下类似彗星的痕迹。
　　自1999年以来，特别是在过去的十年里，对系外行星的大气观测已经取得了巨大的进展，首次对这些行星大气中的水蒸气进行了强有力的测量。
　　不幸的是，就像HD209458b一样，许多这样的探测并没有告诉我们那里存在生命的可能性。
　　我们在炽热的巨大行星上发现了水，大部分是水蒸气。而且这些行星上没有生命存在的范围。
　　然而，令人兴奋的是，这种情况正在开始改变。我们检测大气的方法已经改进到我们现在能够探测到更小行星周围的化学元素。
　　这包括所谓的适居带中的类地行星，那里的条件正好适合液态水的存在。
　　我们能够在附近恒星周围的主星的宜居带中探测到地球大小的小行星。这对于被称为M矮星的小恒星来说尤其如此。
　　开普勒望远镜发现的系外行星围绕两颗恒星运行，其中一颗位于恒星周围的适居带。
　　该星系于2017年被发现，包含7个岩石类地行星，所有这些行星都与它们的红矮星保持着适当的距离，以方便其表面存在水。这些都是小型的、岩质的、类地的岩质行星，在它们的主恒星周围，距离适宜居住。
　　2018年2月对TRAPPIST1行星进行的观测显示，其中一些行星甚至可能比地球拥有更多的液态水和更广阔的海洋。
　　这使得该系统成为包括詹姆斯韦伯（JWST太空望远镜在内的未来望远镜进行大气研究的主要目标之一。
　　TRAPPIST1系外行星的潜在组成，其中一些行星的含水量甚至比地球还多。
　　寻找系外行星
　　1989年，当JWST计划在高地球轨道上建造一个32英尺（10米）、被动冷却的近红外望远镜时，这一探索生命、研究大气的方面并不是其任务的一部分。
　　在20世纪80年代的最后一年，天文学家甚至还没有发现其他恒星周围的行星，而将对这一研究做出重要贡献的哈勃太空望远镜，距离发射还有一年时间。
　　不同的天文学家团队正在抓紧新的太空望远镜的观测时间，这样他们就可以研究太阳系外的行星了。我们确实处于系外行星科学的黄金时代，但我们也处于现代天文学重大革命的边缘。
　　虽然即使是100亿美元的JWST也无法最终确定一颗行星上是否存在生命，但它的观测能力让人类非常接近于探测暗示生命有机体存在的分子。这将为未来的任务奠定进一步的基础。
　　在这一代人中，我们是幸运的一代，可能会见证其他地方发现生命。我们几千年来一直梦想着这一点，而我们恰好是一眨眼功夫就会有重大发现的那一代人。
　　权衡TRAPPIST9系统中的岩石系外行星，这将是JWST的主要目标。
　　Madhusudhan是所谓的海洋世界研究的一部分。海洋世界是一种水丰富的行星，表面几乎完全被海洋覆盖，大气主要由氢分子组成。这些假想的世界可能会重新定义我们所认为的宜居地带的界限。这使得研究人员可以在传统的可居住区域之外寻找生命的迹象。
　　今年，天文学家们可能发现了迄今为止在银河系外发现的第一颗系外行星的蛛丝马迹，没有什么比这一发现更能说明撒网了。包括加州大学的尼娅伊马拉在内的研究小组，可能在梅西耶51星系中发现了一颗距离地球2800万光年、土星大小的系外行星。这颗银河系外的系外行星似乎围绕着一个大质量的致密物体运行，比如中子星或黑洞。
　　令人惊讶的是，我们只是触及了表面，因为我们现在认为，几乎每两颗恒星中就有一颗行星，我们的银河系中有数千亿颗恒星，宇宙中也有数十亿个星系，系外行星的多样性已经非常丰富，即使是最好的科幻作家也无法想象。发现越来越多奇怪的系外行星系统和世界是令人惊讶的。
　　尽管行星如此丰富，我们对它们的了解也在不断增加，但保护我们自己的世界仍然至关重要。太阳系，尤其是地球，在系外行星的多样性方面仍然是独一无二的。因此，重要的是要明白并不存在行星b。