古老的多普勒效应开出新花朵
米歇尔·迈耶和戴帝俄·奎罗兹开创历史的发现,是应用了这种原理:随着观测技术,特别是恒星光谱分辨率的大幅度提高,天文学家可以测量行星通过引力作用对其母恒星运动产生的影响,间接推测出行星的存在。这就是所谓视向速度或多普勒法,这种方法目前仍然是采用最多、成果最丰硕的发现系外行星的方法。
在行星绕母恒星公转的同时,母恒星也会绕着恒星-行星系统的质心运动,如果某颗恒星在视线方向(朝向或远离地球的方向)的运动发生变化(很有可能是由于它的附近有行星存在),就会体现在它的光谱上,也就是我们熟知的多普勒效应。当光源远离我们运动时,谱线会向光谱的红端移动,我们称为红移,相反,如果光源朝向我们运动,谱线会发生蓝移。
目前的观测技术可以检验出恒星低至每秒1米的视向速度变化。这种探测方法有一个无与伦比的优点,它对恒星本身的性质没有过多要求,基本上任何类型的恒星都可以用这种办法来检测是否有围绕其运行的行星存在。
视向速度法最大的缺陷之一是无法确定行星的真实质量,但如果可以通过其他方法确定母恒星的质量,就能够推断出行星的真实质量。
凌星法依据的原理更加简单直观
在多普勒方法之外,另一种常被采用的发现系外行星的方法是所谓凌星法。它依据的原理其实更为简单。
与我们熟悉的日食和月食原理一样,当母恒星的行星刚好从它和地球之间经过时,行星就会遮挡住一部分来自背后母恒星的光芒,在地球上会观测到母恒星的亮度有所下降,亮度下降多少主要与恒星和行星的尺寸有关。通过测量恒星的亮度变化,能够推断出行星的存在,同时得到行星大小的信息。
但凌星法经常受到其他因素的干扰,所以特别需要用独立的方法加以验证。而额外的好处是因为采取了测光观测,有时能够获得行星大气的信息,这就跟我们在地球上观测金星凌日时一样。