当天文学家说发现了新的太阳系外行星时，他们是在标题党吗？

　　当天文学家宣布他们发现了新的太阳系外行星时，也许他们并没有故意标题党，但他们发现这颗行星的方式肯定跟你想得不太一样。因为在99%的情况下，天文学家并没有能力直接＂看到＂这颗刚刚被他们发现的行星。
　　在很多人的想象中，天文学家发现地外行星的过程是这样的：天文学家用一个超级无敌大的望远镜（比如漂在地球轨道上的哈勃望远镜）对准宇宙中某一块区域仔细地观察，在持续寻找了几个月之后，终于在镜头里发现了一颗行星！天文学家们非常激动，赶紧把照片导出来发一个大新闻吧！然后我们就在新闻中看到了这样的图片：
　　或者这样的图片：
　　但你需要知道的是，这种图片全部都是艺术家绘制的想象图。
　　那为什么不直接使用天文学家望远镜里看到的图片呢？很简单，因为在绝大多数情况下，天文学家是根本无法直接在望远镜里＂看到＂这些行星的。
　　可能很多人都不知道，人类想要直接对太阳系外的行星进行观测是一件非常、非常困难的事情。
　　我们都知道，宇宙中的天体可以分为恒星和行星两大类。其中自身发光发热的是恒星，自身不发光、绕着恒星旋转的是行星。
　　观测恒星实在是太简单了，我们在夜空中看到的满天繁星绝大多数都是太阳系以外的恒星。毫不夸张地说，从进化出眼睛的那一天起，人类就已经开始了对恒星的观察。
　　那么，人类第一次观测到太阳系以外的行星是在什么时候呢？
　　答案是1992年。
　　是的，我没有写错你也没有看错。在人类登上月球23年后，我们才拥有了观测太阳系以外的行星的能力。
　　为什么这件事这么困难呢？首先当然是因为其他星系距离我们都实在是太遥远了。大家在很多科幻小说和游戏里可能都听过半人马座α这个名字。它是距离我们最近的恒星，因此也是很多科幻作品中人类星际殖民之旅的第一站。
　　半人马座α距离我们＂只有＂4.3光年，但这已经是一个非常遥远的距离了。遥远到把它换算成公里已经没有任何意义了，因为人类无法想象这么大的数字。我们只能用类比的方法来稍微理解一下这个距离有多远：
　　如果把地球和太阳间的距离类比成从客厅走去洗手间的距离的话（10米），那么从地球到半人马座α星的距离相当于从北京到乌鲁木齐的距离。嗯，这还是距离我们最近的恒星，银河系的直径是这个距离的至少两万倍。
　　但遥远的距离还不是我们难以观测到太阳系外行星最主要的原因。最大的困难在于，这些行星不仅远，自己还不发光。它们虽然会像太阳系内的木星、金星一样反射恒星的光，但这种微弱的反射光很容易就被它旁边的恒星的耀眼光芒旁给遮蔽掉了。有人说，在地球上想要看到一颗恒星旁的行星，就好比在几公里外寻找一只在探照灯旁飞舞的萤火虫。
　　当仰望星空时，一定有无数的人曾经猜想过，在这些繁星之间的黑暗中，是否也有很多像地球一样行星在围绕着它们的木星转动？是否有些行星上也拥有生命或是文明？
　　但这种好奇也只能停留在猜想阶段，因为人们根本无法确定到那些恒星的周围是否行星——直到1992年。
　　在这一年，一位波兰天文学家和一位加拿大天文学家共同用一种非常曲折迂回的方式发现了距离我们2300光年的两颗行星。注意这里的用词是＂发现＂了两颗行星的存在而不是＂看到＂了两颗行星。
　　在1990年，波兰天文学家Wolszczan正在位于波多黎各的阿雷西博天文台工作。当他用这里的射电望远镜观测2300光年外的一颗脉冲星时，注意到了一些奇怪的现象。所谓的脉冲星（Pulsar），是一种特殊的中子星。伴随着自身的旋转，它发出的电磁波辐射会间断性地扫过地球。在地球上的观测者看来，它在不断地按照固定的时间间隔向地球发送脉冲式的信号，故而得名。比如Wolszczan在1990年观测的就是一颗每秒钟自转161次的脉冲星。
　　脉冲星最大的特点在于它所发出的脉冲信号非常稳定，可以被当做宇宙中的天然计时器使用。而Wolszczan在持续观察一段时间后，发现这颗脉冲星发出的信号却没有那么稳定，有时会稍微快上那么一点点，有时又会稍微慢上那么一点点。
　　这让Wolszczan很困惑，因为脉冲星的信号周期应该是分毫不差的。他无法确定这种偏差是不是由于射电望远镜的误差造成的，于是他请他的同事、加拿大天文学家Frail在美国新墨西哥州的天文台跟他同步对这颗脉冲星进行观测。
　　经过两年的观测、计算和分析之后，两位天文学家认为他们观察到的信号偏差是因为这颗脉冲星的外围有两颗围绕着它旋转的行星，这两颗行星的存在对脉冲星发出的信号产生了影响。他们把这个结果发表在了nature杂志上，这是科学界公认的人类第一次证实太阳系外行星的存在。
　　是不是跟你想得不太一样？从始至终，人们都没有＂看到＂过这两颗行星，只是通过一些数据分析来间接推导出它们的存在。
　　后来天文学家们又发明了一些其他的方法来寻找系外行星，但大部分也都是非常曲折迂回的方式。这些方法有：
　　凌星法（Transit）：当一颗行星刚好运行到它的母星和地球之间时，它会短暂地遮住母星的一部分，使得母星到达地球的光线变弱一点点。这种光线强度的变化往往连百分之一都不到，因此需要精密的测量才能发现。举个例子来说，如果有外星人在遥远的地方观察地球凌日的话，地球遮挡太阳只会造成太阳光线强度减小0.008%，连万分之一都不到。
　　凌星法示意图，事实上我们无法看到上面的情景，只能通过接收到的光线强度变化来推测有行星挡住了恒星
　　看到这里大家可能也发现了，这种凌星法有一个与生俱来的缺点。那就是被观测的行星、它的母星、地球必须处于一条直线上才行。哪怕稍微偏上那么一点，在地球上就无法观测到凌星现象了。与此同时这颗行星的尺寸还不能太小，否则对母星的光线强度影响太小，在地球上也无法观测到。
　　在浩瀚的宇宙中，显然只有很少一部分行星才刚好具备这样的观测条件。
　　尽管这种方法听起来有很多缺陷，但到目前为止，人类发现的绝大多数太阳系外行星都是用这种方法找到的。下面这张图片中是到2022为止人类发现的所有5000多颗太阳系外行星按照探测方法绘制的分类图，其中绿色部分是用凌星法发现的：
　　截止到2022年，每年发现的太阳系外行星数量，其中绿色部分使用凌星法发现的
　　除了凌星法之外，还有很多种其他的方法，但大部分也都是这种迂回的方式，比如径向速度法（radial velocity）。这种方法首先测量一颗恒星相对于地球的运动速度，如果测量出来的速度随时间有微小的变化的话，就可以推测它的周围有我们看不到的行星在干扰它的运行轨道。
　　等等，这感觉跟新闻里说的完全不一样啊？新闻里天文学家会详细描述他们发现的行星的大小、重量，还说其中一些行星上可能会有液态的水不是吗？
　　很简单，这些都是他们计算出来的。通过观测恒星受到的扰动，可以推算出行星的大小、重量和轨道——虽然我们并没有直接看到它们。天文学家还可以测量出恒星所散发出的热量，再结合行星和恒星之间的距离，就可以推算出行星表面的平均温度，以及是否可能存在液态的水。
　　有时天文学家还会宣布他们观测到的某颗系外行星的大气成分，这又是怎么做到的呢？当凌星发生时，恒星发出的一部分光线会穿过行星的大气层再抵达地球（如果这颗行星有大气层的话）。在接收到这样的光线后，天文学家会对它进行光谱分析。由于每一种分子都会在光谱中留下特别的痕迹，因此天文学家只要分析光谱中的这种痕迹，就可以推算出这颗遥远行星上的大气成分。
　　说了这么多，好像我们对系外行星所有的了解都是通过间接的方式获得的。难道就没有被天文学家直接＂看到＂的系外行星吗？
　　有，但是很少。而且这些行星被天文学家看到的样子大概率跟你想象中的差距很大。
　　你想象中的可能是这样：
　　或者再不济也应该是这样的吧：
　　但事实上，天文学家能直接＂看到＂的系外行星是这样的：
　　先别急着评论，中间这个亮点并不是天文学家＂看到＂的行星，而是一颗恒星。 照片里的行星是位于这颗恒星左上方的那个小灰点 。你可以用手擦擦屏幕，确定一下这并不是一个粘在屏幕上的小污点。相信这张图片能让你更好地认识到行星与恒星之间的亮度对比有多大。
　　前面也说过，我们想要在地球上直接＂看到＂系外行星的难度就好比在几公里外发现探照灯旁的萤火虫一样困难。天文学家想了很多办法来克服这种困难。首先，他们使用红外线来进行观测，这样可以大大减少行星和恒星之间的亮度对比。举例来说，在可见光下，太阳的亮度是木星的十亿倍。但如果用红外线观测的话，二者之间的亮度对比就会下降到只有100倍。
　　除此之外，天文学家还可以用日冕仪来遮挡恒星的光线，从而更好地观察恒星周围的区域。但即便是这样，也只有很少一部分距离母星足够遥远的行星才能被天文学家直接＂看到＂。
　　在截止目前为止人类发现的5000多颗系外行星中，只有大约1%是用这种直接观察法找到的，剩下的99%全部都是间接的方法发现的。
　　不管是间接法还是直接法，只有那些刚好符合各种条件的行星才有可能被天文家发现。比如说凌星法需要被观测的行星、它的母星、地球之间刚好连成一条线；径向速度法需要被观测的行星体积较大且距离母星很近，这样它才能对母星的运行产生扰动；直接观察法需要一颗不那么亮的恒星外加距离它很遥远的一颗行星，等等……
　　我们可以合理地推测，受到人类目前观测手段的限制，我们所发现的5000颗系外行星只是宇宙中行星中的很小很小一部分。
　　那么，宇宙中的行星数量有多少呢？这个没人知道，但有天文学家估算，光是在银河系里就至少有100亿颗类似于地球这样的行星。
　　如果总结一下，那么就是在银河系中潜在的100亿颗行星中，人类＂探测＂到了其中的0.00005%，然后在这0.00005%的被＂探测＂到行星中，只有1%的行星真正被我们＂看到＂了。
　　这就是现阶段人类对于太阳系外行星的观测能力。