一、行星不发光,科学家是如何发现太阳系外的行星的
科学家有很多方法来寻找地外行星,比如行星凌日法、径向速度法、直接测量法、引力摄动法,重力微透镜法、脉冲星计时法、相对论法等等;其中凌日法是最有效的,目前人类发现大约5000颗地外行星中,有70%都是利用凌日法发现的。

人类从上世纪,就开始了地外行星的寻找,现代天文学表明,宇宙中几乎每颗恒星周围都存在行星,但是行星不发光,所以要发现太阳系外行星是非常困难的;人类最早发现的太阳系外行星,是在1990年,利用了脉冲星计时法。
当高速旋转的中子星脉冲信号扫过地球时,这颗中子星就可以叫做脉冲星,脉冲星直径在10公里左右,以非常高的速度旋转,由于角动量守恒,脉冲星的自转周期非常稳定。
如果在脉冲星周围存在行星,那么行星对脉冲星会产生引力扰动,使得脉冲星发出的脉冲信号存在异常;在1990年,波兰天文学家发现一颗名为PSR B1257+12的脉冲星信号极为特殊,科学家根据这个异常信号,发现了这颗脉冲星周围的三颗行星PSR B1257+12 A、PSR B1257+12 B和PSR B1257+12 C,距离地球约2300光年,这也是人类发现的首批系外行星。
当一颗行星经过母恒星和地球之间时,恒星发出的部分光线会被行星遮挡,从而造成恒星亮度发生周期性变化,利用这个原理,天文学家发现了超过3000颗的地外行星。
比如2017年12月的消息,NASA利用Google深度学习算法,从开普勒太空望远镜的海量数据中,发现了数百颗行星,其中就有号称“迷你太阳系”的开普勒-90,距离地球2545光年,在该恒星系统中就有多达8颗行星。
开普勒太空望远镜,正是利用了行星凌日的方法,对天琴座和天鹅座中大约10万颗恒星进行长期观测,得到了近15万颗恒星的数据,行星凌日的方法非常高效,可以让我们发现大量的地外行星。
行星围绕恒星运行,相互之间会产生牵引力,当恒星受到径向牵引时,恒星发出的光线会相应地产生蓝移或者红移,也就是光的多普勒效应,利用这个现象,天文学家就可以推测行星的存在,并测定行星的速度、质量、轨道半径和公转周期。
比如1995年,天文学家在恒星飞马座51(视星等5.5,距离50光年)周围,利用径向速度法,发现了一颗0.5倍木星质量的行星,这也是人类发现的首颗热木星。
利用行星引力对恒星的横向拖拽效应,如果恒星与地球的距离不远,那么从望远镜中,我们可以直接观察到恒星的引力摄动影响。
比如距离太阳最近的恒星是比邻星(4.2光年),在2019年4月,美国加利福尼亚州伯克利的天文学家,就利用行星对比邻星的引力摄动发现了一颗行星,质量是地球的1.3倍,公转周期11.2天。
行星在围绕恒星公转的过程中,会对恒星有一个拖拽,从而导致恒星的亮度发生微弱变化,这种办法只适用于寻找大质量的行星,利用这个方法找到的行星也称作爱因斯坦行星。比如Kepler-76b就是一颗爱因斯坦行星,质量是木星的两倍,距离地球2000光年,就是利用这个方法发现的。
广义相对论表明,天体周围会产生时空弯曲,在恒星和行星周围也会发生时空弯曲,于是恒星表面发出的光线会产生一次光变曲线,如果再次经过行星周围就会产生二次光变曲线。利用这个办法,天文学家可以发现部分地外行星,甚至是流浪行星。
当行星距离母恒星较远时,行星反射的光线就能从母恒星的光线中分离出来,相当于直接观察行星,可以让我们得到行星的详细参数。
但是这个方法对观测设备的要求极高,还要求行星的尺寸不能太小,距离地球越近越好,同时行星也不能距离母恒星太近,目前天文学家用这种方法发现了数十颗系外行星。
以上七种探测系外行星的方法,都是各有各的优缺点,比如行星凌日法虽然效率非常高,但是当行星的公转轨道垂直于地球方向时,这个办法就失效了,而且行星凌日法不反应行星的大气数据,只有各种方法相辅相成,才能让我们发现更多的地外行星。
二、地球望远镜连冥王星都拍不清楚,是怎么发现太阳系外行星的
科学家统计,依靠地面和太空望远镜的突破,最近20年发现了一共4000颗太阳系外行星。
这个结果当然值得开心,行星不会发光,人类居然可以看到无数光年外不会发光的行星。
可是细心想想,又觉得很奇怪,这些系外行星到底是怎么发现的呢?
早在1930年,科学家就发现了冥王星,但是人们发现它的时候,它还只是一个光线很微弱的点,根本看不清楚长什么样子。
一直到1990年,人类把哈勃望远镜送上太空,才稍微看清楚了它的样子,但是依然非常模糊,这还是在冥王星处于近地点拍摄到的图片。
我们似乎不应该去怪哈勃望远镜技术不够,事实上它已是人类历史上最厉害的望远镜之一。
冥王星直径只有2274公里,但它距离太阳远达60亿公里,距离地球58.5亿公里。
也就是说,从地球的角度来看,它只有0.078角秒那么大,相当于隔着整个太湖(南北岸)看一个1元钱硬币的大小。
哈勃望远镜的行星照相机(WFC3)使用CCD作为图像终端,它的每个像素(共 4096×2048×2像素)相当于0.04角秒,也就是说哈勃望远镜看到的冥王星最多只占4个像素。
我们上面看到哈勃望远镜拍摄回来的照片,还是经过像素处理的,已经没那么呆板了,仍几乎看不清楚。
直到2015年新视野号飞过冥王星附近,才看到了冥王星的高清图像。
那人类到底是怎么发现系外行星的呢?
科学家主要通过两种方法发现系外行星:
第一种方法,通过恒星微弱位移计算。
我们知道如果两颗质量相仿的星体相互绕转,两者轨迹位移是比较明显的。
星体相互绕转时,恒星发出的光谱,会发生“多普勒频移”,对光谱频移进行分析,可计算行星运动速度,进一步可以计算出它的质量。
依靠这个原理,通过长期观测恒星的微弱位移,可以估测恒星附近有没有行星。
但是这种方法,只能发现靠近恒星,质量与恒星差距不大的行星。
按照这种方式,在远处观察太阳系,最多能找到木星,其他行星很难找到。
第二种方法,通过观测恒星“凌日”现象,发现行星。
“凌日”现象,就是观测恒星的时候,发现恒星光线上有小黑点移动。
地球看太阳这颗恒星的时候,也会出现水星凌日,金星凌日。
这里说的“凌日”是指我们观测到系外行星,在它所在恒星的光线上移动。
但时恒星往往非常光亮,行星即使“凌日”,直接观测,也会淹没在恒星的“光晕”中。
这时候需要使用一种干涉空间卫星来消除掉母恒星强力的光晕,从而看到行星。
但是这种方法,只能看到轨道有经过地球和恒星直线上的行星,因为只有这样才能“凌日”。
也就是说,这样能发现的行星也是非常有限的。
行星的发现其实是比较困难的,人类发现银河系超过1000亿颗恒星,却只能发现4000颗离我们比较接近的行星。
三、人类什么时候能看见太阳系外行星图像
1、这是4月4日由德国耶拿大学的科学家公布的恒星GQLupiA及其伴星GQLupib的照片。这是第一张太阳系外行星的照片,照片显示的是距离地球大约400光年的恒星GQLupiA,而它的伴星――行星GQLupib则呈亮点状。耶拿大学天文物理学院院长拉尔夫·诺伊霍伊泽说,它是太阳系外直接通过照片发现的第一颗行星。这颗行星环绕着GQLupiA旋转,两者之间的距离是太阳与地球距离的100倍以上,环绕一周需要大约1200年。(新华社/法新)
2、德国天文学家最近利用“斯皮策”红外望远镜,第一次捕捉到太阳系外行星的图像,直接证明了太阳系外有行星围绕类太阳恒星运行的推测。
3、由于恒星发出的光比围绕其运行的行星所反射的光要亮许多倍,因此,太阳系外行星很难被直接观测到。天文学家一般通过观察行星在恒星表面造成的引力效应,或是在行星运行到恒星前方时观察到恒星光芒出现短暂暗淡现象,来判断行星的存在。过去10年中,天文学家在太阳系外发现了近150颗行星,但都是通过间接手段实现的。
4、据英国《新科学家》网站4日报道,距离地球约400光年的一颗年轻恒星及围绕它运行的一颗行星为天文学家提供了很好的观测条件。德国耶拿大学天文物理学院研究人员利用“斯皮策”望远镜观测到一颗名为“GQ卢皮”的恒星附近始终有一颗星体。研究人员根据两个原因断定,该星体是围绕“GQ卢皮”的行星。首先,它本身具有温度,却不及“GQ卢皮”的温度高。从两者温度的差别看,这颗星体很像是一颗“年龄”不大的行星。因为它刚诞生不久,表面温度较高,所以能够在红外望远镜上“现身”。第二,根据1999年到2004年间美国哈勃望远镜、日本的昴宿星团望远镜和设在智利的欧洲南方天文台望远镜拍摄到的一系列图像判断,这颗星体和“GQ卢皮”间的距离一直没有变化,因此它肯定是围绕“GQ卢皮”的一颗行星。
5、据德新社4日报道,耶拿大学天文物理学院院长拉尔夫·诺伊霍伊泽说,这颗行星是太阳系外直接通过照片发现的第一颗行星。这颗行星还很年轻,质量是木星的两倍,约有2000摄氏度的高温,环绕“GQ卢皮”运行一周需要约1200年,两者之间的距离是太阳与地球距离的100倍以上。恒星“GQ卢皮”年龄最多有200万岁,比46亿岁的太阳要“年轻”得多,质量相当于太阳的70%。研究人员对“GQ卢皮”的研究将发表在《天文学和天体物理学》杂志上。
好了,关于太阳系外行星直接图像曝光和太阳系外行星直接图像曝光的原因的问题到这里结束啦,希望可以解决您的问题哈!









