已确认行星数量已超过 6000 颗！– Kosmonautix.cz

6 月 14 日，已确认的太阳系外行星数量超过 6,000 颗的消息让天体物理学家们欣喜若狂。然而，不久前，许多人还认为我们永远不会知道太阳系外的行星。然后，当然，事情变得更糟了，在 20 世纪 90 年代，人们发现了第一颗系外行星，后来它们的数量开始迅速增长。当然，你可能会说，超过 6,000 颗并不是什么了不起的事情。你部分是对的，因为如果我们没有十进制，而是二进制、六十或十六进制（十六进制），我们会以完全不同的值来庆祝四舍五入。尽管如此，我今天还是会试图表明，实现这一价值确实具有一定的意义。

行星探索简史

我们对行星的了解已有数千年，但在历史的大部分时间里，我们只知道太阳系的天体。直到 1992 年和 1995 年，我们才发现了恒星系统外的第一颗行星。发现它们也非常有趣，因为它表明我们的系统并不像我们之前想象的那么典型。在最初的二十年里，系外行星研究领域发展相当缓慢，因为已知的系外行星数量直到 2013 年才超过 1,000 颗，即在外星恒星附近发现第一颗行星 21 年后。然后我们在 2023 年达到了 5,000 颗确认的行星，2024 年达到 6,000 颗。

飞马座 51 星系统的示意图。行星与恒星之间的距离以及它们的大小比例均符合正确比例。
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因此，您可以注意到，在过去十年中，发现的外星世界数量急剧增加。而且这种增长还在继续。首先，从 4,000 颗确认发现到 5,000 颗花了三年时间。但不到一年的时间，就发现了另外一千颗行星。而这还远远不够。正如我所提到的，我们在 6 月 14 日就发现了 6,000 颗确认行星。截至撰写本文时，是 6 月 26 日，我们已经拥有 6,441 颗行星（请参阅文章末尾的注释 1）。换句话说，在 12 天内，我们将几乎一半的数量提升到了下一个一千颗！人们常说，在 10 年或 15 年内，我们可以发现数万颗系外行星，正如您所见，这个目标并非不切实际。然而，重要的并不是具体数字，而是可靠检测急剧增加的明显趋势。

确认行星的标准

但是，确认的行星到底意味着什么呢？这当然是个好问题，标准可能有所不同，因此即使是确认发现的数量，不同的数据库之间也可能有所不同。我基于最著名的数据库，即系外行星系统百科全书。它使用两个基本规则将行星列入列表：

对行星 WASP-96 b 在母恒星前方经过时进行的测量数据。
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但是，即使这些标准也未必完全完美，也有可能出错。当然，这还取决于各个天文台和行星搜寻项目的内部科学团队如何制定规则，他们自己将什么认定为确认的发现，在会议上宣布或发送给同行评议期刊。例如，美国传奇的开普勒望远镜团队使用凌日法（观察小食的衰退，即行星经过恒星时恒星亮度略有下降），将两次行星穿过母星圆面的观测结果作为标准。他们认为这两次观测不可能再是巧合，因此在这种情况下他们发表了发现行星的说法。

当然，在过去，在特殊情况下，也发生过发现被撤销的情况。这就是为什么我们在系外行星数据库中有四个类别：

TESS 太空船拍摄的 5,000 颗系外行星候选地的地图。

当然，行星可以从一个类别移到另一个类别。最常见的情况是从候选天体移到已确认的类别。目前，许多行星最初被观测为候选行星，但后来同一或其他天文台的观测证实了它们的存在，因此它们可以移到下一个抽屉。您可能还会注意到，数据库在候选行星方面并不完整。仅开普勒和 TESS 加起来就有 10,000 多个候选行星。然而，这些事件由其科学团队处理，通常不公开，因此它们甚至不能包含在数据库中，因为我们没有可以为候选行星分配任何参数的输出，这是将其纳入系外行星系统百科全书的条件。

增长的背后是什么？

截至 2014 年发现的行星。径向速度法显示为黑色，其他方法显示为灰色。1989 年发现的行星可能会让您大吃一惊。它确实存在，但最初被认为是一颗棕矮星。直到 2012 年，它才被归类为系外行星。
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您当然可以自问，已知系外行星数量如此快速增长的原因是什么。正如人们经常说的，每个问题都有一个简单、易懂且通常完全错误的答案。在这里，答案也不容易，但问题的解释是由多种因素共同决定的。

首先，我们必须认识到，大多数发现本质上都是偶然的。并非每颗恒星都有行星，因此无论使用哪种方法，您都必须扫描天空，观察不同的恒星，并希望找到您要寻找的东西。当然，您可以让工作更轻松，并根据已知或容易确定的参数筛选合适的候选者，但您仍然必须对其进行审查。对于已经拥有已知行星的恒星，情况有所不同，在那里您有很大的概率找到其他行星，特别是如果您使用与发现第一颗行星时不同的检测方法，或者如果特定检测程序的技术已经取得了重大发展。

法国上普罗旺斯天文台的这架近两米长的望远镜，梅尔和奎洛兹用它发现了第一颗主序恒星附近的系外行星。
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在许多情况下，情况确实如此。与首次探测时相比，技术已经取得了令人难以置信的进步。测量径向速度，即在主序恒星（51 Pegasi b）中首次发现行星的技术，在 30 年内将其精度提高了一百倍。下一代光谱仪应该会将精度提高十倍。同样，凌日法也取得了根本性的进步，这要么是由于越来越大的望远镜，可以合理地记录目标恒星亮度的较小下降，从而记录较小的行星，要么是由于自适应光学技术，甚至地面望远镜也能够进行高质量的测量。更好的数据处理程序也发挥着不可忽视的作用。有时，科学家能从看似丢失的观察中提取出什么几乎是一个奇迹。

位于智利帕拉纳尔山的甚大望远镜系统的四台望远镜。
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凭借当今的技术，以前完全不切实际或可能性极低的程序正变得普遍可用。今天，由于引力透镜以及系外行星天文学的圣杯，已经能够探测到相对大量的行星，即直接成像不再是那么罕见。现代地面望远镜（如 VLT 或 Keck）或顶级太空望远镜（如 Spitzer、Hubble 或 Webb）已经能够直接向我们展示数十颗更高的行星。而且它在未来只会变得更好。新的巨型地面望远镜正在建造中，Webb 仍处于起步阶段，而 Nancy Roman 望远镜甚至还没有启动。技术的进步也使得首次探测可以通过合乎逻辑但困难的天文测量方法进行。

斯皮策望远镜
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但技术进步并非全部原因。坦白说，在明确系外行星确实存在且可被探测之后，大量的精力和资金投入到这项研究中。然而，需要一段时间才能取得重大成果。特殊天文台和项目的准备工作花费了相当长的时间。但这一切都是值得的。特别是太空天文台在这个方向上做了大量的工作。我们已经提到了开普勒望远镜，它占所有已发现天体的 40% 以上，还有相当数量的其他候选天体。虽然 TESS 还没有这么多已确认的发现，但在候选天体数量上早已超过开普勒。天体测量卫星盖亚和韦伯望远镜也功不可没。

开普勒望远镜
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还值得注意的是，当一个新的天文台启动时，结果不会立即出现。它们的处理和评估需要一些时间，因此可能需要几年的时间。而且即使天文台的活动结束，新数据的流动也不一定就结束了。天文学家通常在探测器退役后很长时间才会处理它们。换句话说，我们将不得不再等待一段时间才能从 TESS 卫星或盖亚天文台获得大量系外行星，尤其是它们产生的数据量巨大。与此同时，我们可以期待盖亚发现数千颗系外行星。相反，开普勒团队可能仍会公布一些发现，或者其候选者的确认可能来自其他来源。

桑达·泰斯
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更好的统计方法也导致发现的行星数量增加。我将举另一个领域的例子，那就是引力天文学。从历史上看，第二次引力波观测已经被列入候选事件很长时间了。然而，当数据处理方法得到改进，能够更好地区分真实信号和噪声时，我发现可以将事件从候选事件转变为确认事件。在系外行星研究中也可以找到类似的东西。有些观测在进行时并不是结论性的，但一段时间后情况会发生变化，我们可以从候选事件中得到确认的天体。

发现大量行星是否具有科学意义？

这是在已发现的 5,000 颗系外行星中不同类型的行星的比例。
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您可能会立即想到问题的答案。是的，他有。这不仅仅是一个统计数据。否则，我可能不会问这么愚蠢的问题，对吧？这个事实有什么意义？再次，我们这里有几个层次。首先，重要的是要有尽可能多的系外行星统计数据。通过尽可能多的不同方法发现尽可能多的行星将是完全最佳的。这是我们避免因每种检测技术仅对某些类型的行星敏感而造成的扭曲的唯一方法。因此，使用不同的程序将向我们展示我们原本无法看到的行星。多亏了这一点，我们将避免这样的错误：我们可以认为某些地方的某些类型的行星是典型的，但同时它可能根本不是最常见的系外行星类型。

盖亚
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而我们现在还缺少一点。目前，一千多颗已发现的行星只有两种方法，即测量径向速度和观察凌日。确实，每种方法主要对不同类型的行星敏感，但让我们面对现实吧，再多几种技术，至少几百颗行星的发现，将非常有用。此外，我们总是可以改进和完善今天已经广泛使用的程序。通过这种方式，我们可以明确地确定哪组行星和哪些行星系统在银河系中最为常见，哪些是罕见的。我们将发现太阳系的典型性，并能够将其与许多其他行星系统进行比较。这样，他们可以更多地了解我们来自哪里，以及我们在宇宙中的位置。

韦伯望远镜
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发现大量行星还有一个纯粹的实际好处。诚然，面包不会更便宜，我们甚至不会向任何外星星球发射探测器，但这并不意味着这对科学来说不是一件大事。多年来，韦伯太空望远镜一直在太阳-地球系统的 L2 点附近工作，其重要研究目标是系外行星科学。需要注意的是，韦伯发现新系外行星的频率并不高，尽管有时他会成功。这架新大型望远镜的基本贡献是观察已经发现的行星并对它们进行光谱测量，旨在揭示相关天体的大气化学成分。他可以找到可能适合生命的世界。这一切都很好，但这与发现大量系外行星有什么关系呢？今天大量的发现将帮助我们为 JWST 选择合适的目标进行进一步的测量。

未来又会有什么样的事情在等待着我们呢？

南希·罗曼太空望远镜
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但 JWST 并不是唯一一个专注于系外行星的天文台。在美国方面，南希·格雷斯·罗曼太空望远镜的发射很快就在等着我们，它的镜子将与哈勃望远镜一样大，即 2.4 米。它研究的主要目标之一将是探索系外行星。我们不要忘记已经提到的 TESS，它已经成功运行了好几年，但最重要的事情还在后面。预计从天空的各个角落可能最多可以探测到 20,000 颗系外行星。换句话说，TESS 应该主要增加系外行星的统计数据，因此它的任务与开普勒类似。TESS 旨在通过凌日发现一些有趣的世界，以便进行统计和未来可能的详细研究。然而，这将由其他探测器完成。

艺术家对太空中柏拉图望远镜的印象。
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即将发射的 PLATO 卫星在欧洲方面将承担与 TESS 类似的任务。它也应该检查大量恒星（至少 250,000 颗），并通过凌日法寻找其中的行星。PLATO 的主要目标也是寻找尽可能多的系外行星，这很好，因为我们已经知道，系外行星统计数据的扩展非常重要。然而，这并不意味着 PLATO 或 TESS 探测器无法发现有关发现行星的任何有趣信息。相反，这两颗卫星都应该收集它们所观察系统的基本参数的相对准确的数据，例如行星的质量和半径，或恒星的年龄。然而，在欧洲方面，另一个天文台，特别是 ARIEL 探测器，将负责更深入的调查。即使在 ARIEL 和 Nancy G. Roman 望远镜的情况下，作为寻找大量新系外行星的调查的一部分而获得的数据也将帮助我们确定可能的目标。

大气遥感红外系外行星大型勘测 (ARIEL)
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然而，我们不要忘记，即使现在，我们在太空中还有其他几台望远镜，我们仍然可以从中获得大量数据。正如我们已经知道的那样，TESS 更适合扩展统计数据，而韦伯则更适合对选定的天体进行更详细的调查。然而，还有盖亚天文台，它的数据隐藏着真正的宝藏。盖亚主要专注于天体测量，测量恒星和其他宇宙天体的位置和运动。然而，它的数据中还可以发现许多其他有趣的现象，无论是附近的黑洞、遥远的类星体还是系外行星。盖亚探测器的数据中可能隐藏着大量这样的现象，甚至可能是数千到数万个。还有另一组测量结果即将到来。所以我们对它们处理后的结果充满期待。

结论

至此，我们告别了系外行星的话题，但仅限于今天。这个领域发生了如此多有趣的事情，我们很快就会再次回到外星行星上。无论是关于 JWST 的系列文章，还是单独的文章，系外行星都不会错过我们。

作者笔记

推荐文献

• 米歇尔·马约尔、皮埃尔·伊夫·弗雷 – “Les nouveaux mondes du cosmos” – 捷克语为“宇宙中的新世界” (Paseka, 2007)
• 斯图尔特·克拉克（Stuart Clark）——《寻找地球的孪生兄弟》——捷克语译名“Hledání druhe Země”（高堡，2017）

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