系外行星與天體生物學

直接成像

大多數系外行星方法都是間接的:我們從行星如何推搡或遮暗恒星來推斷它的存在,卻從未真正看見行星本身。直接成像是大膽的例外——它試圖拍下一張真正的照片,把行星緊挨著恒星的那一點微光捕捉下來。難處在於眩光。一顆恒星可以比身旁的行星亮上十億倍,就像要從幾公里外,給一隻懸停在燈塔旁的螢火蟲拍照。直接成像的全部本事,就在於把燈塔遮住,好讓你看見那隻螢火蟲。

為做到這一點,天文學家用日冕儀(望遠鏡內一塊形狀精確的遮光掩模)或星罩擋住恒星的光,再用自適應光學抵消地球大氣造成的模糊,把圖像磨銳。即便如此,它也只在最容易的情形下管用:年輕、熾熱、大質量的行星,它們至今仍因形成時殘留的餘熱而自身發光,且離恒星很遠。這樣的行星在紅外光中閃耀——那裡它與恒星的反差不那麼殘酷——而它寬闊的軌道又使它離眩光足夠遠,得以被分辨出來。

直接成像雖稀少,卻有獨一無二的價值,因為行星自身的光可以被分解成光譜,直接揭示它的大氣由什麼構成。它已拍下少數幾顆巨行星,最著名的當屬繞恒星 HR 8799 運行的那四個世界。它誠實的局限是:今天它主要捕捉又大、又熱、又遠的年輕巨行星——恰與地球那樣又小、又冷、又近的世界相反。給一顆類太陽恒星旁真正的地球孿生星成像,是未來望遠鏡的核心目標之一,眼下仍非我們所能及。

在年輕恒星 HR 8799 周圍,望遠鏡已把四顆巨行星拍成紅外光中的微弱亮點,甚至連年累月地看著它們沿軌道緩緩爬行——這是我們真正拍下來、而非僅憑推斷得知的少數幾個行星系統之一。

一張難得的、真正拍到行星的照片,是靠遮去恒星壓倒性的眩光才得來的。

今天的直接成像,主要捕捉那些因自身餘熱而發光、年輕熾熱、軌道寬闊的巨行星;給類太陽恒星旁一顆冷涼的類地世界成像,目前還做不到。

又稱
direct detection直接探测直接拍摄