系外行星與天體生物學

凌星法

把一個小球舉在一盞遠處的燈前,球劃過時,燈會暗一點點。現在把這件事放大到跨越光年的尺度。如果一顆行星的軌道恰好對我們是側向的,那麼它每繞一圈,就會從恒星正前方經過一次,擋住極細的一縷星光。恒星沒有移動,沒有變色——它只是非常輕微地變暗幾個小時,然後又亮回來。凌星法,就是靠捕捉恒星亮度中這些微弱而重複的下凹,來發現行星。

這下凹很小。一顆木星大小的行星,會擋住類太陽恒星約百分之一的光;一顆地球大小的行星只擋住約萬分之一——一萬分之一,好比在一座坐滿一萬盞燈的體育場裡,察覺其中一盞暗了下去。但這下凹蘊含著黃金:恒星變暗多深,就告訴你行星多大,因為行星的圓面越大,遮住的光越多(凌星深度等於行星面積與恒星面積之比)。兩次下凹之間的間隔給出軌道週期,而同一個下凹一次次準時重現,則確認那是一顆行星,而非過路的偶然。

正是凌星法,讓我們發現了數千顆已知系外行星中的大多數,靠的是克卜勒、TESS 這類一次盯住大片恒星的任務。它的威力在於能測出行星的半徑,再配合後續觀測,更開啟了研究其大氣的大門。它天生的局限也實實在在:它只對那一小撮對我們恰好側向傾斜的系統有效,而單獨一個下凹可能被一顆過路恒星或儀器故障偽造,所以確認通常還得靠視向速度法、或一次次完全相同的重複凌星。

克卜勒曾對天空中的一小塊區域一連數年眨都不眨地凝視,一次盯住約十五萬顆恒星,守候這些細微的下凹。一顆只擋住萬分之一星光、卻每隔幾百天像鐘表般準時重現的行星,便由此洩露出數千個看不見的世界——多數都是這樣被發現的,從未被直接窺見。

行星的影子讓恒星變暗一個細微而重複的量——並由此洩露它的大小。

凌星法給出行星的大小而非質量,且只對幾乎側向看到的軌道有效;把它和視向速度法結合,才能同時得到大小與質量,從而得出密度。

又稱
transit photometrytransiting planet method掩星法凌日法