17000光年外！天文学家发现巨型系外行星，怎么发现的？

　　当地时间3月21日，美国宇航局宣布了一条令人振奋的消息：人类确认发现的系外行星数量正式突破5000颗！
　　20世纪末，天文学家首次发现了系外行星。尽管当时的天文学家也相信其他恒星可以拥有行星，但是在如此遥远的距离下发现这样小的天体，还是能够让人感到不可思议。
　　从那时候开始，天文学家就开始了发现系外行星的步伐，并且建立了许多寻找系外行星的科学方法。其中，凌日法和径向速度法是最重要的手段，这两种方法帮助天文学家发现了绝大部分人类目前已知的系外行星。
　　所谓的凌日法，就是指一颗系外行星在运行到宿主恒星和地球之间的时候，会导致我们观测到的恒星亮度有微弱的变化。至于径向速度法，则是利用行星引力对宿主恒星的拖曳作用，导致恒星发生摆动，光谱呈现出变化来。
　　（图片说明：系外行星艺术图）
　　这两种方法的确非常有效，但也有各自的弊端。尤其是凌日法，要求地球必须位于这颗系外行星所在的轨道平面内，否则这颗行星无法运行到地球和宿主恒星之间。而且，这颗系外行星还不能太远，否则宿主恒星本身就过于黯淡，人类现有的设备观测起来本身就非常困难，更不要提看到它的亮度变化了。
　　比如美国宇航局在2009年发射的开普勒太空望远镜，就是专门利用凌日法来寻找系外行星的。即便是对于开普勒来说，最多也只能观测到10000光年内的系外行星，对于更远的系外行星，它就无能为力了。
　　（图片说明：开普勒太空望远镜）
　　不过，天文学家还是从开普勒的数据中，打破了界限，发现了一颗极其遥远的系外行星。打破这个界限的难度是很大的，他们不仅借用了开普勒的数据和凌日法的原理，还通过另一个天体物理学现象的结合，才取得了这样的发现。这个天体物理学现象，就叫做微引力透镜效应。
　　关于引力透镜效应，我们介绍过很多次了，这是根据爱因斯坦的广义相对论引申出来的现象。
　　（图片说明：引力透镜效应示意图）
　　广义相对论指出：引力可以扭曲周围的空间，导致途经这里的光线也发生偏折。如果一个天体（前景天体）挡在地球和另一个天体（背景天体）之间，那么原本它可以挡住背景天体，但它的引力会导致背景天体的光线经过偏折传播到地球上，被我们观测到。
　　这种偏折类似于凸透镜产生的偏折效果，所以叫做引力透镜效应。我们知道，凸透镜也就是我们通常所说的放大镜，所以引力透镜效应不仅可以让我们看到在空间上被遮挡的天体，甚至还可以放大其图像，让我们看得更清晰。
　　至于微引力透镜效应，就类似于引力透镜效应和凌日法的结合。
　　（图片说明：微引力透镜效应示意图）
　　当一颗前景恒星运行到背景恒星和地球之间时，会导致背景恒星的亮度产生变化。与此同时，如果前景恒星附近有一颗系外行星，那么它也会给背景恒星的亮度造成干扰。如果天文学接连看到一颗背景恒星连续出现两次亮度的变化，并且只发现了其中一颗前景恒星，那么另一颗就极有可能是它的行星了。
　　正是通过微引力透镜效应，天文学家们才有机会发现更多的行星。
　　有了巧妙的方法，还得有正确的观测方向。英国卓瑞尔河岸天文台的Eamonn Kerins博士介绍说：一颗背景恒星受到行星影响的概率，大约是几千万甚至几亿分之一。因此，如果漫无目的地通过这种方向寻找系外行星，效率是相当低的。
　　不过，银河系中有一个地方，拥有着密集的恒星，可以大幅提到天文学家利用微引力透镜效应发现系外行星的效率，那就是银河系中心。这里有数以亿计的恒星，开普勒望远镜在2016年对这里进行了长达3个月的观测，获得了大量的数据。
　　在即将发表于《皇家天文学会月刊》上的一篇论文中，研究人员介绍说：他们在这些数据中发现了5个可能代表着系外行星的证据。由于开普勒望远镜的轨道比较特殊，它的观测数据和地表的观测数据可以形成三角测量法，这让研究人员们有机会验证了这5个证据，并确认其中一个确实来自于系外行星，他们将其命名为K2-2016-BLG-0005Lb。
　　（图片说明：K2-2016-BLG-0005Lb的发现示意图）
　　根据观测，K2-2016-BLG-0005Lb和地球的距离是17000光年，这是开普勒此前发现最遥远的系外行星距离的两倍左右！
　　不仅如此，研究人员还获取了其他一些数据。他们发现，K2-2016-BLG-0005Lb是一颗质量略大于木星的行星，这意味着它应该是一颗气体巨星，而且其轨道半长轴也和木星差不多。它的宿主恒星比我们的太阳小一点，是后者的60%左右。
　　关于它的更多信息，目前现有的仪器都无法获得。而且遗憾的是，这种微引力透镜效应发现的行星也有一个弊端，那就是发现本身就具有偶然性，我们不一定什么时候才能遇到下一次对它进行观测的机会，这样的机会甚至可能在很多人有生之年都无法再次出现。
　　（图片说明：K2-2016-BLG-0005Lb的发现图像）
　　作为弊端的另一面，这种方法也有其独特的优势。首先就是它能够让人类发现更加遥远的系外行星，大大拓展了我们的视野。另外，和凌日法、径向速度法通常只能发现距离宿主恒星很近的系外行星不同，微引力透镜效应可以让我们发现距离宿主恒星比较远的气体巨星，而且天文学家认为，气体巨星就是在这样的距离上形成的。
　　（图片说明：罗曼太空望远镜）
　　在未来，美国宇航局还将发射更加强大的望远镜，尝试通过这种方法寻找系外行星，那就是南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。这台望远镜有望利用微引力透镜效应，在银河系中心发现1400颗系外行星，其中甚至包括100颗质量和地球差不多的行星。期待它早日升空。#宇宙# #天文# #系外行星#