系外行星与天体生物学

直接成像

大多数系外行星方法都是间接的:我们从行星如何推搡或遮暗恒星来推断它的存在,却从未真正看见行星本身。直接成像是大胆的例外——它试图拍下一张真正的照片,把行星紧挨着恒星的那一点微光捕捉下来。难处在于眩光。一颗恒星可以比身旁的行星亮上十亿倍,就像要从几公里外,给一只悬停在灯塔旁的萤火虫拍照。直接成像的全部本事,就在于把灯塔遮住,好让你看见那只萤火虫。

为做到这一点,天文学家用日冕仪(望远镜内一块形状精确的遮光掩模)或星罩挡住恒星的光,再用自适应光学抵消地球大气造成的模糊,把图像磨锐。即便如此,它也只在最容易的情形下管用:年轻、炽热、大质量的行星,它们至今仍因形成时残留的余热而自身发光,且离恒星很远。这样的行星在红外光中闪耀——那里它与恒星的反差不那么残酷——而它宽阔的轨道又使它离眩光足够远,得以被分辨出来。

直接成像虽稀少,却有独一无二的价值,因为行星自身的光可以被分解成光谱,直接揭示它的大气由什么构成。它已拍下少数几颗巨行星,最著名的当属绕恒星 HR 8799 运行的那四个世界。它诚实的局限是:今天它主要捕捉又大、又热、又远的年轻巨行星——恰与地球那样又小、又冷、又近的世界相反。给一颗类太阳恒星旁真正的地球孪生星成像,是未来望远镜的核心目标之一,眼下仍非我们所能及。

在年轻恒星 HR 8799 周围,望远镜已把四颗巨行星拍成红外光中的微弱亮点,甚至连年累月地看着它们沿轨道缓缓爬行——这是我们真正拍下来、而非仅凭推断得知的少数几个行星系统之一。

一张难得的、真正拍到行星的照片,是靠遮去恒星压倒性的眩光才得来的。

今天的直接成像,主要捕捉那些因自身余热而发光、年轻炽热、轨道宽阔的巨行星;给类太阳恒星旁一颗冷凉的类地世界成像,目前还做不到。

又称
direct detection直接探测直接拍摄