系外行星与天体生物学

凌星法

把一个小球举在一盏远处的灯前,球划过时,灯会暗一点点。现在把这件事放大到跨越光年的尺度。如果一颗行星的轨道恰好对我们是侧向的,那么它每绕一圈,就会从恒星正前方经过一次,挡住极细的一缕星光。恒星没有移动,没有变色——它只是非常轻微地变暗几个小时,然后又亮回来。凌星法,就是靠捕捉恒星亮度中这些微弱而重复的下凹,来发现行星。

这下凹很小。一颗木星大小的行星,会挡住类太阳恒星约百分之一的光;一颗地球大小的行星只挡住约万分之一——一万分之一,好比在一座坐满一万盏灯的体育场里,察觉其中一盏暗了下去。但这下凹蕴含着黄金:恒星变暗多深,就告诉你行星多大,因为行星的圆面越大,遮住的光越多(凌星深度等于行星面积与恒星面积之比)。两次下凹之间的间隔给出轨道周期,而同一个下凹一次次准时重现,则确认那是一颗行星,而非过路的偶然。

正是凌星法,让我们发现了数千颗已知系外行星中的大多数,靠的是开普勒、TESS 这类一次盯住大片恒星的任务。它的威力在于能测出行星的半径,再配合后续观测,更开启了研究其大气的大门。它天生的局限也实实在在:它只对那一小撮对我们恰好侧向倾斜的系统有效,而单独一个下凹可能被一颗过路恒星或仪器故障伪造,所以确认通常还得靠视向速度法、或一次次完全相同的重复凌星。

开普勒曾对天空中的一小块区域一连数年眨都不眨地凝视,一次盯住约十五万颗恒星,守候这些细微的下凹。一颗只挡住万分之一星光、却每隔几百天像钟表般准时重现的行星,便由此泄露出数千个看不见的世界——多数都是这样被发现的,从未被直接窥见。

行星的影子让恒星变暗一个细微而重复的量——并由此泄露它的大小。

凌星法给出行星的大小而非质量,且只对几乎侧向看到的轨道有效;把它和视向速度法结合,才能同时得到大小与质量,从而得出密度。

又称
transit photometrytransiting planet method掩星法凌日法