难的不是距离，而是那片光芒
读到这里，你已经花了好几个阶梯学习如何解读星光：它的颜色诉说温度，它的多普勒位移诉说是在靠近还是远离，它的亮度再配上距离，便诉说出真实的功率输出。行星，就是用这同一套工具要去寻找的下一样东西——但它藏着一个单凭距离无法概括的难题。一个外行的担忧是：别的恒星太远了，确实如此，最近的一颗也在四光年开外。然而真正的障碍其实近得多。一颗行星紧挨着一颗比它亮上几百万乃至几十亿倍的恒星，而从几光年之外看去，两者糊成了一个单一的光点。要看见那颗行星，就像要从隔壁城市去辨认一只在灯塔旁盘旋的萤火虫。
正是这一个事实，组织起了整个领域。因为行星淹没在光芒里，所以几乎每一种方法都是*间接*的：我们不去给行星拍照，而是去观察行星对恒星、或对途经的光，做了些什么。每一招都利用某个不同的微小效应，而——这才是值得记牢的要点——每一招测到的，都是一个不同的物理量。它们没有一个能递给你一张行星完整的身份证。一个给出质量的下限，另一个给出半径，再一个给出真实质量，还有一个仅仅是一次转瞬即逝的探测。学这些方法，实际上就是在学：哪个数字，能从哪种技术那里放心地拿到。
晃动：径向速度法
我们说一颗行星绕着它的恒星转，但这只是个半真半假的说法，而你已经有工具去纠正它了。从“引力”那一阶梯你已经知道，两个天体其实都绕着它们共有的[[center-of-mass|质心]]——这一对的平衡点——在转。恒星重得多，所以它的圈子很小，但并不为零：当行星甩着圈子绕行时，恒星也描出一个小小的镜像圆，一次次地、随着轨道周期，先朝我们这边一探，再退回去。我们看不见这一探一退是天空上的横向运动，却能在光里把它“听”出来。[[radial-velocity-method|径向速度法]]正是通过观察恒星的谱线如何有节奏地一蓝移、一红移，来测出它来回往复的速度——还是你见过的那套多普勒手法，如今变成了一台行星探测器。
这“晃动”的幅度小得令人咋舌。木星把太阳拽得来回晃，速度也才约每秒 12 米——不过是小跑的快慢；而地球拉它，约为每秒 9 厘米，比乌龟还慢。现代的摄谱仪能把一颗恒星的速度测准到优于每秒一米，这才是这套方法行得通的根本。它返回的，是轨道的周期（一个循环要花多久），以及——从晃动的速度——对行星质量的一个估计。但有一个诚实的陷阱：我们只能感知到恒星运动中、瞄准我们视线方向的那一部分。如果轨道是倾斜的，我们看到的晃动就比真正的那一份要小，所以径向速度法给出的是一个*最小*质量——一个“质量乘以某个未知的倾角因子”——而非真值，除非另一种方法把倾角钉死。
凹陷：凌日法
现在假设那条轨道倾斜得*恰到好处*，侧对着我们、几近正侧，使得从我们的视角看，行星正好从恒星面前经过。它每绕一圈，就遮住一缕星光，恒星因此变暗一个微小而重复的量——这就是一次[[transit-method|凌日]]。这纯粹是测光：不需要光谱，只要盯着那颗恒星，等那一次次规律的小小“食”。这凹陷的深度，解读起来美妙地干净。一颗行星遮住的恒星圆面，占比等于两者面积之比，所以亮度下降的比例，本质上就是（行星半径÷恒星半径）的平方。测出凹陷，知道恒星的大小，你便直接读出了行星的[[stellar-radius|半径]]。
数字让这件事保持诚实。木星从太阳面前经过，会让它暗约 1%；地球则只让它暗约 0.008%——百万分之八十，就像在一座体育场里，留意到某一盏路灯熄了一下。这就是为什么挑大梁的仪器是一台空间望远镜——美国航天局的[[kepler-mission|开普勒]]，在大气的模糊之上、一眨不眨地盯住天空的一小片，也是为什么凌日法成千上万地找到了行星。它的“但是”与径向速度法如出一辙：我们只能看见那少数几个、排得近乎正侧的幸运系统，所以大多数行星从我们这个角度根本不会凌日，而单凭一次凌日只给出半径，对质量却只字不提。
直接看见它、用透镜照见它、称量位置上的摇摆
还有三种方法把这套工具箱补齐，每一种都伸向前两种够不着的地方。[[direct-imaging|直接成像]]是正面硬碰硬：真的去给行星拍照——用一种叫日冕仪的遮挡装置把恒星的光挡掉，就像你抬起手挡住太阳，终于看清了它旁边的一只鸟。它只对最容易的目标管用——年轻、炽热、在红外波段发光、又绕得离恒星很远的巨行星，那里的光芒最不至于压倒一切——并且它要倚靠自适应光学或一台空间望远镜来打败那片模糊。可一旦成功，它的威力便是独一份的：你得到的是行星自己的光，这意味着一份行星本身的光谱，而且你能在好几年里看着它沿轨道移动。
第四种方法，借用了一个你在“引力”阶梯瞥见过的广义相对论结果：质量会使光弯曲。在[[gravitational-microlensing|引力微透镜]]中，一颗前景恒星几乎不偏不倚地从一颗远得多的背景恒星面前飘过，它的引力就像一面透镜，让那颗背景恒星短暂地增亮。如果这颗前景恒星带着一颗行星，行星便会在那次增亮之上，叠加一道自己的、又小又尖的凸起——一根持续数小时到数天的尖峰。这是所有方法里最奇特的一种：信号是一次性的天体排列，绝不重复，所以你没法回头去确认它。它了不起的天赋在于触及之远——它对那些离恒星很远的行星、甚至对根本不绕任何恒星的自由漂浮行星，以及对几千光年之外的系统，都很敏感。它的代价是：你得知了行星的质量和大致轨道，却再没有第二眼可看。
第五种方法，是从*另一个*方向去看那同一桩晃动。径向速度逮的是恒星沿我们视线方向的来回；[[astrometry-method|天体测量法]]测的，则是恒星在天空上*横向*的那一丝细微摇摆——它的位置年复一年描出一个极其微小的圈。这与你用来求恒星距离的视差，是同一门精确测量位置的手艺，如今被推到了更精细的角度上。天体测量法有一个干净利落的优势：因为它追踪的是完整的二维圈子，所以能复原真实质量和整条轨道，没有倾角上的含糊。它迄今找到的行星之所以少得多，原因在于那残酷的精度要求：所需的角度位移小到令人头晕目眩，直到最近，像盖亚这样的任务才开始大批量地把它们交付出来。
每种方法究竟测到了什么
把这五种并排摆开，分工便豁然清晰。在这个领域里，最有用的一个习惯，就是读到任何一条系外行星的新闻，立刻去问：是哪种方法找到它的？因为这会告诉你哪个数字是实测的、哪个是推断出来的。下面这张表值得记在脑子里——不是那些还在不断改进的精确灵敏度，而是最要紧的那一栏：每种技术直接测到的，是什么。
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)请留意最后那一栏，也就是“选择效应”，因为它塑造了我们自以为知道的一切。每种方法都偏向它*容易*找到的那类行星：径向速度和天体测量法偏向重的，凌日偏向轨道近乎正侧的大个子，成像偏向远处的年轻巨行星，微透镜偏向遥远而宽阔的系统。所以早期的星表里满是热木星——绕着恒星几天就转一圈的巨行星——这并不是因为这类世界很常见，而是因为它们晃动得最响、凹陷得最深也最频繁。又小、又远、又像地球的那种行星，是所有当中最难探测的，也是被低估得最厉害的。一份普查的诚实程度，只取决于它对“自己看不见什么”有多清醒。
把一种方法用起来
为了把它讲得具体些，我们走一遍：一项真正的凌日发现，实际上是怎么被坐实的。它从来不是测一次、然后发个新闻稿；它是一连串的核对，每一步都排除掉一个冒名顶替者——因为能让一颗恒星变暗的东西多着呢，未必就是行星。
- 盯着，等着。连续监测恒星的亮度，留意到一个小小的凹陷。单单一个凹陷什么也证明不了——它可能是一次宇宙线的击中、一团路过的仪器噪声，或是恒星自身的一次闪烁。
- 要求一种节律。看到同一个凹陷以固定的周期、用一模一样的形状反复出现。一颗真正的行星就是一座时钟；它按时凌日，每一圈都来，深度与时长都一致。
- 排除那个最大的冒名者。最经典的赝品，是一对相互掩食的双星：其中一颗部分遮住另一颗，模仿出行星那样的凹陷。检查凹陷的形状与深度，再找找有没有一个微弱的、更浅的第二道凹陷——那正是“两颗恒星、而非一颗行星”的破绽。
- 用第二种方法去确认。把摄谱仪对准那颗恒星，寻找与之同周期的径向速度晃动。一个对得上的晃动，既确认了行星，又因为凌日早已把倾角定死，从而交付出真实质量，与那个半径配成一对。
这一条链，就是整个领域的缩影，它也把本篇的教训，带向这一阶梯余下的篇章。每种方法都只是一幅局部的图景；笃定，来自相互独立的方法彼此印证；而每一个数字，都笼罩在“它是怎么被找到的”这层偏向的阴影之下。手握这些习惯，你便准备好去面对那些世界本身最终的模样了——那些被吹得鼓鼓的热木星，那些不上不下、在我们太阳系里找不到对应物的超级地球与迷你海王星——再往后，还有那个最棘手、也最关乎人心的问题：这些世界里，哪些坐落在液态水或许得以存续的宜居带之中，以及，我们究竟要怎样，才可能判断那里是否有什么活着。