天文学家如何发现系外行星及判断哪些可能支持生命

确认一颗绕遥远恒星的行星几乎总是需要间接证据,因为恒星的光线淹没了行星自身的微弱光线。美国国家航空航天局(NASA)的科学部列举了四种目前使用的主要探测技术:凌日法、径向速度法、引力微透镜和直接成像,每种都适合不同类型的行星和距离。

四种方式识别你看不到的行星

凌日法寻找当行星经过恒星前方时恒星亮度出现的小的、规则的下降。美国国家航空航天局的开普勒太空望远镜从2009年运行至2018年,用四年时间使用这种技术观测了天空中一个区域的约150,000颗恒星;美国国家航空航天局的系外行星测量卫星(TESS)自其2018年发射以来一直在延续这种方法,根据由加州理工学院IPAC维护的NASA系外行星档案,截至2026年10月初,它已对超过1,000颗行星的确认做出了贡献。

径向速度法,有时被称为摆动法,测量由绕行的行星的重力牵引引起的恒星光谱中的微小移动。美国国家航空航天局指出,这项技术在1995年揭示了第一颗围绕类太阳恒星的已确认系外行星,即飞马座51b。

引力微透镜法依赖于爱因斯坦关于重力弯曲光线的预测:当一颗有行星的恒星经过一颗更远的背景恒星前方时,前景系统会在独特的模式中短暂放大背景恒星的光线。美国国家航空航天局计划的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜被设计用来使用这种方法寻找远离其恒星的行星。

直接成像捕捉来自行星本身的光线,而不是从恒星光线的影响推断其存在。它主要适用于远离其恒星的年轻、自发光的气体巨星;美国国家航空航天局引用了詹姆斯·韦伯太空望远镜在多个红外波长上对HIP 65426 b的直接成像作为最近的例子。

宜居带:必要但不充分

一旦行星被确认,研究人员检查它是否处于其恒星的宜居带,这是轨道距离的范围,在适当的大气压力下,地表温度可能允许液态水存在。美国国家航空航天局描述这因恒星而异:较热的恒星有更宽、更远的宜居带,而小的、昏暗的红矮星有狭窄的近距离带。

处于宜居带并不保证可居住性。美国国家航空航天局指出TRAPPIST-1,一个有七颗地球大小的岩石行星的红矮星系统,其中几颗在其宜居带内;詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测表明TRAPPIST-1 d似乎没有可检测的大气,美国国家航空航天局自己的资料将此作为位置单独不足以保证可居住性的证据。恒星的类型也很重要:美国国家航空航天局指出,围绕M型矮星(银河系中最常见的恒星)的行星面临可以剥离大气的升高的X射线和紫外线辐射,而K型矮星被一些研究人员认为提供更长寿命、更稳定的条件。

读取大气:生物特征的问题

对于凌日的行星,天文学家可以使用透射光谱法:凌日时透过行星大气的恒星光被特定气体在特定波长吸收,产生研究人员将其与条形码进行比较的光谱模式。

亚海王星行星K2-18b说明了这些读数可能有多大的争议。根据EarthSky报道,由剑桥大学的Nikku Madhusudhan领导的团队首次在2023年使用韦伯的NIRISS和NIRSpec仪器报告了对二甲基硫化物(DMS)(主要由地球上的海洋生物产生的气体)的微弱、低置信度的暗示。根据EarthSky报道,在2025年,同一团队使用韦伯的MIRI仪器报告了DMS或相关化合物二甲基二硫化物的统计上更强的信号,该仪器覆盖的波长范围与早期观测不同。

这一声称遭到了迅速的反驳。根据EarthSky报道,行星科学家Sarah Hörst和系外行星研究人员Chris Lintott和Ryan MacDonald辩称DMS可以通过非生物化学形成,单个分子无法确立生命。根据EarthSky报道,Madhusudhan本人表示研究人员必须对自己的结果保持"深度怀疑"。

接下来会发生什么

欧洲航天局的PLATO任务由德国国家航空航天研究中心DLR贡献技术建造,计划于2026年末搭载Ariane 6火箭发射到距地球约150万公里的日地拉格朗日点。根据DLR的说法,PLATO将使用26个摄像头监测至少200,000颗恒星,寻找绕类太阳恒星的凌日的陆地行星,专门针对其宜居带内地球大小的世界。

截至2026年10月8日,NASA系外行星档案列出了6,445颗已确认的系外行星;根据由加州理工学院IPAC维护的档案,当周的更新也标志了NASA的TESS任务数据单独对超过1,000颗已确认行星的贡献的时刻。