尋找太陽系外的行星系統

　　2002年6月13日，美國伯克利加州大學的天文學教授喬治．馬西和華盛頓卡耐基研究所的天文學家保羅．巴特勒宣布，採用加州大學里克天文臺的3米望遠鏡經過15年的努力，科學家們終於在恆星「巨蟹55」周圍發現了一顆與該恆星的距離幾乎與木星和太陽距離相等的新行星。

　　恆星「巨蟹55」位於巨蟹星座，在此之前，巴特勒和馬西於1996年發現它擁有一顆行星。那是一顆質量略小於木星的氣體巨行星，與中央恆星的距離僅0.1天文單位(平均日地距離為1天文單位)，也就是說，僅為地球與太陽距離的十分之一。該行星每14.6天圍繞中央恆星運行一週。

這次發現的新行星距離「巨蟹55」約5.5天文單位，與木星到太陽的距離(5.2天文單位)相彷。其軌道稍扁，圍繞其中央恆星運行一週約需13年(木星繞日週期為11.86年)。該行星質量為木星的3.5∼5.0倍。恆星「巨蟹55」，距離地球41光年，年齡約50億歲，也與我們的太陽相彷。

　　這次的新發現是一個令人振奮的消息，儘管天文學家們過去曾發現過其他恆星周圍擁有像木星那麼大的行星，但它們都過分靠近它們的「太陽」(天文學家把它們稱為「熱木星」)，而且，它們的軌道特別扁長，不像太陽系內大行星的軌道那樣接近圓形。先前發現的太陽系外行星的質量都很大，其中最小的為木星質量的40％，最大的為木星質量的11倍。更為奇特的是，這麼大的行星距離其中央恆星卻很近，最近的不足0.042天文單位，比水星和太陽的距離(0.387天文單位)還要近得多。

蛛絲馬跡覓星蹤

　　為什麼太陽系外行星系統直到1995年才被發現，又為什麼能在短短的幾年內迅速發現這麼多的行星系統呢?實際上，我們即使用最現代的技術，現在仍然無法直接觀測到太陽系之外其他恆星周圍的行星。恆星距離我們非常遙遠，最近的也有4.3光年之遠，從地球上看去，行星與恆星的角距極小，難以分辨。更重要的是，行星與恆星不同，它本身不發光，靠著反射才發出微弱的光，其亮度與恆星的反差極大，我們難以看到它就好像大白天難以在太陽附近發現月亮一樣。

　　要發現這樣闇弱的行星系統，科學家只能藉助間接的技術手段，從分析恆星運動的微小變化中去找出行星可能存在的蛛絲馬跡。其原理是這樣的，恆星和行星之間通過萬有引力相互作用，造成行星繞恆星公轉；而恆星實際上也在一個橢圓型軌道上運行，這種運動在天球上表現為一個微小的橢圓，而在我們的視線方向上則表現為前後擺動。然而，恆星的這種受擾運動從遙遠的地球上看去太小了。如果從一個離我們30光年處的地方來看太陽系，那麼太陽在大行星作用下在天球面上劃出的橢圓幅度僅為一度的百萬分之七，用目前最大的望遠鏡也難以分辨。

　　所幸的是，我們還可以利用另外一種運動，那就是恆星的前後擺動。人們可以用一種叫做「多普勒位移」的技術來檢測這種擺動。

　　恆星的星光經過一種叫做「攝譜儀」的特殊儀器後，會被分解為光譜，光譜中會有一些特定的譜線。如果恆星前後擺動，這些譜線就會在光譜上左右移動，物理學上稱為「多普勒效應」。通過這種效應可以把對恆星前後運動的檢測變成譜線左右移動的檢測，當然這種移動也是極微小的。直到20世紀90年代，技術才發展到可以檢測出這種微小的光譜移動，測量精度可達到被測波長的億分之一。利用光譜線這種微小的位移，可以推算出環繞中央恆星運動的行星的質量大小、軌道大小和偏心率等基本參數。

　　科學家們對太陽附近100光年以內數百顆類似的太陽恆星進行了長期艱苦的觀測，1995年10月，瑞士日內瓦天文臺的梅爾等人終於發現了「飛馬51」這顆恆星周圍存在的行星。這一發現開創了一個新的時代。

　　然而，「多普勒位移」技術也有它的侷限性。如果一顆恆星有多顆行星繞其運轉，由於小質量行星的引力相對較小，那麼，它容易被大質量行星的引力作用所掩蓋。所以，我們在恆星周圍發現單顆行星相對較為容易些，而發現多行星系統就比較困難，這需要更多的觀測資料。例如，「仙女ν」行星系統中的行星b早在1997年就已宣布發現，而c星和d星則是在兩年後，在獲得更多的觀測資料之後才得以確認。

　　儘管如此，天文學家們還是為發現更多的新行星系統傾注了極大的熱情。加利福尼亞大學天文系、哈佛－史密斯天體物理研究中心、各國天文臺等研究機構都有熱心的研究小組在進行著大規模的近距離恆星的運動觀測。正是在他們的努力下，越來越多的太陽系「親戚」正在為我們所認識。

「仙女ν」行星系統(資料)

　　1999年4月，天文學家發現了一個由三顆行星環繞中央恆星運轉的太陽系外行星系統－－「仙女ν」星和它周圍的三顆大行星，「仙女ν」行星系統也成為第一個真正意義上的新「太陽系」。

　　「仙女ν」星是一顆位於北半球肉眼即可見的亮星，距離我們44光年，大約已有30億年的年齡。它的三顆行星從裡向外依次被科學家們暫時命名為b、c和d星，它們與中央恆星的距離分別為0.06、0.83和2.50天文單位，質量分別為木星質量的0.71、7.98和4.11倍，繞中央恆星公轉週期分別為4.62天、241天和1269天。

《科學畫報》