難的不是距離，而是那片光芒
讀到這裡，你已經花了好幾個階梯學習如何解讀星光：它的顏色訴說溫度，它的都卜勒位移訴說是在靠近還是遠離，它的亮度再配上距離，便訴說出真實的功率輸出。行星，就是用這同一套工具要去尋找的下一樣東西——但它藏著一個單憑距離無法概括的難題。一個外行的擔憂是：別的恆星太遠了，確實如此，最近的一顆也在四光年開外。然而真正的障礙其實近得多。一顆行星緊挨著一顆比它亮上幾百萬乃至幾十億倍的恆星，而從幾光年之外看去，兩者糊成了一個單一的光點。要看見那顆行星，就像要從隔壁城市去辨認一隻在燈塔旁盤旋的螢火蟲。
正是這一個事實，組織起了整個領域。因為行星淹沒在光芒裡，所以幾乎每一種方法都是*間接*的：我們不去給行星拍照，而是去觀察行星對恆星、或對途經的光，做了些什麼。每一招都利用某個不同的微小效應，而——這才是值得記牢的要點——每一招測到的，都是一個不同的物理量。它們沒有一個能遞給你一張行星完整的身份證。一個給出質量的下限，另一個給出半徑，再一個給出真實質量，還有一個僅僅是一次轉瞬即逝的探測。學這些方法，實際上就是在學：哪個數字，能從哪種技術那裡放心地拿到。
晃動：徑向速度法
我們說一顆行星繞著它的恆星轉，但這只是個半真半假的說法，而你已經有工具去糾正它了。從「重力」那一階梯你已經知道，兩個天體其實都繞著它們共有的[[center-of-mass|質心]]——這一對的平衡點——在轉。恆星重得多，所以它的圈子很小，但並不為零：當行星甩著圈子繞行時，恆星也描出一個小小的鏡像圓，一次次地、隨著軌道週期，先朝我們這邊一探，再退回去。我們看不見這一探一退是天空上的橫向運動，卻能在光裡把它「聽」出來。[[radial-velocity-method|徑向速度法]]正是透過觀察恆星的譜線如何有節奏地一藍移、一紅移，來測出它來回往復的速度——還是你見過的那套都卜勒手法，如今變成了一台行星探測器。
這「晃動」的幅度小得令人咋舌。木星把太陽拽得來回晃，速度也才約每秒 12 公尺——不過是小跑的快慢；而地球拉它，約為每秒 9 公分，比烏龜還慢。現代的攝譜儀能把一顆恆星的速度測準到優於每秒一公尺，這才是這套方法行得通的根本。它返回的，是軌道的週期（一個循環要花多久），以及——從晃動的速度——對行星質量的一個估計。但有一個誠實的陷阱：我們只能感知到恆星運動中、瞄準我們視線方向的那一部分。如果軌道是傾斜的，我們看到的晃動就比真正的那一份要小，所以徑向速度法給出的是一個*最小*質量——一個「質量乘以某個未知的傾角因子」——而非真值，除非另一種方法把傾角釘死。
凹陷：凌日法
現在假設那條軌道傾斜得*恰到好處*，側對著我們、幾近正側，使得從我們的視角看，行星正好從恆星面前經過。它每繞一圈，就遮住一縷星光，恆星因此變暗一個微小而重複的量——這就是一次[[transit-method|凌日]]。這純粹是測光：不需要光譜，只要盯著那顆恆星，等那一次次規律的小小「食」。這凹陷的深度，解讀起來美妙地乾淨。一顆行星遮住的恆星圓面，占比等於兩者面積之比，所以亮度下降的比例，本質上就是（行星半徑÷恆星半徑）的平方。測出凹陷，知道恆星的大小，你便直接讀出了行星的[[stellar-radius|半徑]]。
數字讓這件事保持誠實。木星從太陽面前經過，會讓它暗約 1%；地球則只讓它暗約 0.008%——百萬分之八十，就像在一座體育場裡，留意到某一盞路燈熄了一下。這就是為什麼挑大樑的儀器是一台太空望遠鏡——美國航太總署的[[kepler-mission|克卜勒]]，在大氣的模糊之上、一眨不眨地盯住天空的一小片，也是為什麼凌日法成千上萬地找到了行星。它的「但是」與徑向速度法如出一轍：我們只能看見那少數幾個、排得近乎正側的幸運系統，所以大多數行星從我們這個角度根本不會凌日，而單憑一次凌日只給出半徑，對質量卻隻字不提。
直接看見它、用透鏡照見它、稱量位置上的搖擺
還有三種方法把這套工具箱補齊，每一種都伸向前兩種搆不著的地方。[[direct-imaging|直接成像]]是正面硬碰硬：真的去給行星拍照——用一種叫日冕儀的遮擋裝置把恆星的光擋掉，就像你抬起手擋住太陽，終於看清了它旁邊的一隻鳥。它只對最容易的目標管用——年輕、熾熱、在紅外波段發光、又繞得離恆星很遠的巨行星，那裡的光芒最不至於壓倒一切——並且它要倚靠自適應光學或一台太空望遠鏡來打敗那片模糊。可一旦成功，它的威力便是獨一份的：你得到的是行星自己的光，這意味著一份行星本身的光譜，而且你能在好幾年裡看著它沿軌道移動。
第四種方法，借用了一個你在「重力」階梯瞥見過的廣義相對論結果：質量會使光彎曲。在[[gravitational-microlensing|重力微透鏡]]中，一顆前景恆星幾乎不偏不倚地從一顆遠得多的背景恆星面前飄過，它的重力就像一面透鏡，讓那顆背景恆星短暫地增亮。如果這顆前景恆星帶著一顆行星，行星便會在那次增亮之上，疊加一道自己的、又小又尖的凸起——一根持續數小時到數天的尖峰。這是所有方法裡最奇特的一種：訊號是一次性的天體排列，絕不重複，所以你沒法回頭去確認它。它了不起的天賦在於觸及之遠——它對那些離恆星很遠的行星、甚至對根本不繞任何恆星的自由漂浮行星，以及對幾千光年之外的系統，都很敏感。它的代價是：你得知了行星的質量和大致軌道，卻再沒有第二眼可看。
第五種方法，是從*另一個*方向去看那同一樁晃動。徑向速度逮的是恆星沿我們視線方向的來回；[[astrometry-method|天體測量法]]測的，則是恆星在天空上*橫向*的那一絲細微搖擺——它的位置年復一年描出一個極其微小的圈。這與你用來求恆星距離的視差，是同一門精確測量位置的手藝，如今被推到了更精細的角度上。天體測量法有一個乾淨俐落的優勢：因為它追蹤的是完整的二維圈子，所以能復原真實質量和整條軌道，沒有傾角上的含糊。它迄今找到的行星之所以少得多，原因在於那殘酷的精度要求：所需的角度位移小到令人頭暈目眩，直到最近，像蓋亞這樣的任務才開始大批量地把它們交付出來。
每種方法究竟測到了什麼
把這五種並排擺開，分工便豁然清晰。在這個領域裡，最有用的一個習慣，就是讀到任何一條系外行星的新聞，立刻去問：是哪種方法找到它的？因為這會告訴你哪個數字是實測的、哪個是推斷出來的。下面這張表值得記在腦子裡——不是那些還在不斷改進的精確靈敏度，而是最要緊的那一欄：每種技術直接測到的，是什麼。
FINDING EXOPLANETS — WHAT EACH METHOD MEASURES
method watches... directly gives biased toward
------------------- -------------------------- -------------------- ----------------------
radial velocity star's to-and-fro speed minimum mass, period massive + close-in
transit star dimming as planet radius, period big planets, edge-on
crosses in front orbits
direct imaging the planet's own light orbit + a spectrum young, hot, wide giants
microlensing brief lensing brightening mass, rough orbit distant; far-out + free-
(one-time only) floating planets
astrometry star's loop ACROSS the sky true mass, full orbit massive + wide orbits
transit + radial velocity TOGETHER -> true mass AND radius -> density (rock? gas? ice?)
(sensitivities keep improving; the 'directly gives' column is the durable lesson)請留意最後那一欄，也就是「選擇效應」，因為它塑造了我們自以為知道的一切。每種方法都偏向它*容易*找到的那類行星：徑向速度和天體測量法偏向重的，凌日偏向軌道近乎正側的大個子，成像偏向遠處的年輕巨行星，微透鏡偏向遙遠而寬闊的系統。所以早期的星表裡滿是熱木星——繞著恆星幾天就轉一圈的巨行星——這並不是因為這類世界很常見，而是因為它們晃動得最響、凹陷得最深也最頻繁。又小、又遠、又像地球的那種行星，是所有當中最難探測的，也是被低估得最厲害的。一份普查的誠實程度，只取決於它對「自己看不見什麼」有多清醒。
把一種方法用起來
為了把它講得具體些，我們走一遍：一項真正的凌日發現，實際上是怎麼被坐實的。它從來不是測一次、然後發個新聞稿；它是一連串的核對，每一步都排除掉一個冒名頂替者——因為能讓一顆恆星變暗的東西多著呢，未必就是行星。
- 盯著，等著。連續監測恆星的亮度，留意到一個小小的凹陷。單單一個凹陷什麼也證明不了——它可能是一次宇宙線的擊中、一團路過的儀器雜訊，或是恆星自身的一次閃爍。
- 要求一種節律。看到同一個凹陷以固定的週期、用一模一樣的形狀反覆出現。一顆真正的行星就是一座時鐘；它按時凌日，每一圈都來，深度與時長都一致。
- 排除那個最大的冒名者。最經典的贗品，是一對相互掩食的雙星：其中一顆部分遮住另一顆，模仿出行星那樣的凹陷。檢查凹陷的形狀與深度，再找找有沒有一個微弱的、更淺的第二道凹陷——那正是「兩顆恆星、而非一顆行星」的破綻。
- 用第二種方法去確認。把攝譜儀對準那顆恆星，尋找與之同週期的徑向速度晃動。一個對得上的晃動，既確認了行星，又因為凌日早已把傾角定死，從而交付出真實質量，與那個半徑配成一對。
這一條鏈，就是整個領域的縮影，它也把本篇的教訓，帶向這一階梯餘下的篇章。每種方法都只是一幅局部的圖景；篤定，來自相互獨立的方法彼此印證；而每一個數字，都籠罩在「它是怎麼被找到的」這層偏向的陰影之下。手握這些習慣，你便準備好去面對那些世界本身最終的模樣了——那些被吹得鼓鼓的熱木星，那些不上不下、在我們太陽系裡找不到對應物的超級地球與迷你海王星——再往後，還有那個最棘手、也最關乎人心的問題：這些世界裡，哪些坐落在液態水或許得以存續的宜居帶之中，以及，我們究竟要怎樣，才可能判斷那裡是否有什麼活著。