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系外行星,發現!|科學史上的今天:11/5

浩瀚宇宙中,地球是唯一具有生命的星球嗎?會不會在銀河系內的某顆星球上,也有個高度文明在凝視著我們?望著繁星點點的夜空,總不免會興起這樣的念頭吧?然而我們看到的星星,除了幾顆是系內行星與人造衛星之外,其實都是像太陽這樣的恆星,上面本來就不可能有生命。要尋找外星生命,我們得把目標放在繞著恆星轉的行星。

圖片來源:nasa

問題是,行星本身不會發亮,我們如何看見太陽系外的行星?

的確,即使行星會反光,若非過於微弱,就是被恆星的光遮蔽。因此長久以來,天文學家普遍相信我們不可能發現系外行星。但是1995年,瑞士日內瓦大學的梅爾(Michel Mayor)與奎羅茲(Didier Queloz)卻宣稱在51光年外的飛馬座51恆星發現一顆行星。這是怎麼做到的?

原來行星繞著恆星公轉時,恆星會因行星的重力作用拉扯而產生輕微擺動,影響恆星朝向地球與遠離地球時的速度,而產生不同的光譜偏移。從偏移程度可以推知恆星相對於地球的運動速度,如果速度呈現週期性變化,就表示有行星存在,而且還能推算出行星的質量大小。

不過這個方法除了質量,對行星仍一無所知。不過,1999年11月5日,美國加州大學柏克萊分校在飛馬座中距離地球約150光年處,發現一顆繞行恆星HD 209458的行星,除了知道它的質量是木星的0.7倍(相當於地球的220倍),還知道體積是木星的2.5倍、大氣成分含有氧和碳。

這顆編號為HD 209458b,別名「歐西里斯」(Osiris)的行星是首度以「凌日法」觀測到系外行星。凌日法的原理是:行星軌道若介於母恆星與地球之間,當它橫過恆星表面時會擋住一小部分的光,我們就可以根據恆星發光的減少程度推算行星的體積。而且恆星的光穿過行星的大氣層時,會被其中所含的元素吸收特定頻率的光,而改變光譜,因此可以得知行星的大氣成分。

歐西里斯的發現是尋找系外行星的重要里程碑,因為知道大氣組成有助於更有效率地發現適合居住的星球。至2014年為止已經發現了約一千顆系外行星,而在質量略大於地球的「超級地球」中,擁有大氣層與一定溫度以上的系外行星更被視為尋找外星生命的優先對象,就讓我們拭目以待吧。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。