我们从未发现过像太阳系这样的东西。是太空中的怪胎吗？

自具有里程碑意义的发现以来在这一年里 1992两颗行星围绕着太阳系外的一颗恒星运行。,数以千计的新世界已被添加到快速增长的“系外行星”列表中在银河系中.

我们从中学到了很多东西围绕外星恒星运行的大量外星世界目录。但有一个小细节像拇指酸痛一样突出。我们没有发现像我们自己的太阳系那样的东西。

这导致一些人得出结论，我们的母星和它的巢穴在某种程度上可能是异常值——也许是同类中唯一的行星系统。

推而广之，这可能意味着生命本身就是一个异类;形成地球的条件及其自我复制化学的外表很难复制。

如果你只看数字，前景是严峻的。到目前为止，我们确定的最多的系外行星在很大程度上属于一种未知的有利于生命的类型：巨星和亚巨星，气体和冰的种类。

到目前为止，我们看到的大多数系外行星都非常紧密地围绕它们的恒星运行，几乎拥抱着它们;如此之近，以至于它们的炙手可热的温度将远高于已知的宜居范围。

随着我们继续搜索，统计数据可能会平衡，我们会看到更多让我们想起自己后院的地方。但这个问题比只看数字要复杂得多。系外行星科学受到我们技术能力的限制。不仅如此，我们对真实外星世界多样性的印象有可能受到我们自己想象力的限制。

银河系中真正存在的东西，以及更远的地方，可能与我们实际看到的非常不同。

期望，以及如何挫败它们

系外行星科学从一开始就有着颠覆期望的历史。

“如果你回到我小时候长大的那个世界，我们只知道一个行星系统，”南昆士兰大学的行星科学家 Jonti Horner 在 2022 年告诉 ScienceAlert。

“所以这就是这种隐含的假设，有时是明确的假设，所有的行星系统都是这样的。你知道，在恒星附近会有非常小的岩石行星，在离恒星很远的地方会有非常大的气态巨行星。这就是行星系统的样子。

出于这个原因，科学家们花了一段时间才确定一颗围绕主序星运行的系外行星，比如我们的太阳。假设其他太阳系也像我们的太阳系一样，那么重量级行星拉扯恒星的迹象将需要数年时间才能观察到，就像我们自己的气态巨行星需要数年才能完成轨道一样。

基于如此漫长的单次测量，似乎不值得费力地筛选出许多恒星相对较短的观测历史，以最终筛选出一个主序太阳系。

当他们终于看完时，他们发现的系外行星完全不像他们期待什么：气态巨行星质量的一半（和尺寸的两倍）木星它的轨道离它的主星如此之近，它的一年等于4.2天，它的大气层在大约1000摄氏度（1800华氏度）的温度下燃烧。

从那时起，我们了解到这些“热木星”类型的行星一点也不奇怪。如果有的话，它们似乎相对常见。

我们现在知道，银河系中的多样性比我们在家庭系统中看到的要多得多。然而，重要的是不要假设我们目前能探测到的就是银河系所能提供的一切。如果有像我们自己的太阳系这样的东西，它很可能超出了我们的探测能力。

“像太阳系这样的东西对我们来说很难找到，它们在技术上有点超出了我们的范围，”霍纳说。

“类地行星不太可能从我们迄今为止所做的任何调查中被发现。你不太可能找到一个汞,金星、地球和火星围绕着像太阳这样的恒星。

如何找到一颗行星

让我们非常清楚：方法我们用来探测系外行星非常聪明。目前有两种是系外行星探测工具包的主力：凌日法和径向速度法。

在这两种情况下，您都需要一台对恒星光线的微小变化敏感的望远镜。然而，每个人正在寻找的信号都大不相同。

对于凌日方法，您需要一台望远镜，可以使恒星持续固定在其视野中。这就是为什么美国宇航局的天基凌日系外行星勘测卫星（TESS）等仪器如此强大，能够锁定天空的一部分超过 27 天不会被地球自转打断。

一次入侵一个系外行星的天文学gif！这次有一个gif，显示了探测系外行星😊的凌日方法pic.twitter.com/2ZHv24DRTH

— Dr. Alysa Orbits （Obertas） （@AstroAlysa）9月 1， 2021

这类望远镜的目的是发现凌日信号——当一颗系外行星从我们和它的主星之间经过时，就像一朵小云遮住了几缕阳光。

正如您可以想象的那样，这些光线的下降很小。一个闪光点不足以自信地推断出系外行星的存在;有很多事情可以使恒星的光芒变暗，其中许多是一次性事件。多次过境，尤其是那些表现出规律周期性的过境，是黄金标准。

因此，在较短的轨道周期内，比水星更接近恒星的较大系外行星（有些在不到一个地球周的轨道上更近），在数据中受到青睐。

如果你错过了，我的gif展示了如何通过径向速度方法检测系外行星，现在可以在黑暗模式下使用！pic.twitter.com/P4yvXQVSUt

— Dr. Alysa Orbits （Obertas） （@AstroAlysa）8月 15， 2022

径向速度法检测恒星在其轨道上摆动时由系外行星的引力引起的摆动。你看，一个行星系统并没有真正围绕恒星运行，而是在协调的洗牌中跳舞。恒星和行星围绕一个共同的重心运行，称为重心。

对于太阳系，这是一个非常非常接近太阳表面的点，或者就在太阳表面之外，主要是由于木星，即超过两倍所有其他行星的质量加起来。

与凌日事件的眨眼和错过事件不同，恒星位置的变化是一个持续的变化，不需要持续的监测来注意到。我们可以探测到遥远恒星围绕其重心运行的运动，因为这种运动改变他们的光线由于所谓的多普勒效应。

当恒星向我们移动时，朝我们方向射来的光波会略微被挤压，朝向光谱的蓝色末端;当它远离时，波浪向更红的一端延伸。恒星光线中有规律的“摆动”表明存在轨道伴星。

同样，数据倾向于支持较大的行星，这些行星在距离恒星更短、更近的轨道上施加更强的引力影响。

除了这两种突出的方法外，有时还可以直接对系外行星绕恒星运行进行成像。虽然这是一件非常困难的事情，但它可能会变得更加普遍在JWST时代.

根据英国华威大学的天文学家丹尼尔·贝利斯（Daniel Bayliss）的说法，这种方法将发现一个几乎相反的类别系外行星到短轨道品种.

为了看到一颗系外行星而不被其母星的眩光淹没，这两个天体需要有非常大的距离。这意味着直接成像方法有利于相对较长轨道上的行星。

然而，由于显而易见的原因，通过这种方法仍然更容易发现更大的系外行星。

“每种发现方法都有自己的偏见，”贝利斯解释说。

他补充说，地球绕太阳一周之久，位于不同探测技术所青睐的轨道极端之间，因此“找到轨道为一年的行星仍然非常非常困难。

那里有什么？

到目前为止，数量最多的组系外行星是一个在太阳系中甚至没有代表的类别。这就是迷你海王星——比海王星小、比地球大的气体包裹系外行星。

大多数已确认的系外行星的轨道比地球短得多;事实上，超过一半的轨道不到20天。

我们发现的大多数系外行星都围绕着孤独的恒星运行，就像我们的太阳一样，只有不到10%的系外行星在多星系统中。然而 m银河系中的恒星是多星系统的成员，估计高达80%的恒星围绕着至少一颗其他恒星运行。

不过，想一想。这是否意味着系外行星在单颗恒星周围更常见，或者系外行星在多颗恒星周围更难探测到？

不止一个光源的存在会扭曲或掩盖我们试图从系外行星探测到的非常相似（但要小得多）的信号，但也可能是多星系统以某种方式使行星形成复杂化的。

这又把我们带回了家，回到了我们的太阳系。尽管在我们发现的一切背景下，家似乎很奇怪，但它可能并不少见。

“我认为可以公平地说，我们的太阳系中实际上缺少一些非常常见的行星类型，”贝利斯说。

“超级地球看起来有点像地球，但半径是地球的两倍，我们没有这样的东西。我们没有这些迷你海王星。所以我认为可以公平地说，有一些非常常见的行星，我们在自己的太阳系中看不到。

“现在，无论这是否使我们的太阳系变得稀有，我想我不会走那么远。因为可能还有很多其他恒星拥有太阳系类型的行星，我们只是还没有看到。

在发现的边缘

第一颗系外行星是在 32 年前被发现的，它围绕着脉冲星，一颗完全不像我们自己的星星。从那时起，这项技术已经超出了人们的视线。现在科学家们知道要寻找什么，他们可以设计出越来越好的方法来在更多样化的恒星周围找到它们。

而且，随着技术的进步，我们发现越来越小的世界的能力也会越来越小。

这意味着系外行星科学可能即将发现我们目前视野中隐藏的数千个世界。正如霍纳所指出的，在天文学中，小事比大事多得多。

红矮星就是一个很好的例子。它们是银河系中最常见的恒星类型，而且它们很小，质量只有太阳的一半左右。它们是如此之小和昏暗，以至于我们无法用肉眼看到它们，但它们却解释了高达 75%银河系中的所有恒星。

现在，当涉及到从统计学上理解系外行星时，我们使用的是不完整的信息，因为有些类型的世界是我们看不到的。

这种情况必将改变。

“我只是有一种唠叨的感觉，如果你在20年后回来，你会看到那些关于迷你海王星是最常见的行星的说法，就像你回顾1990年代初的声明一样，这些声明说你只会在恒星旁边看到岩石行星，”霍纳告诉ScienceAlert。

“现在，我很可能被证明是错的。这就是科学的运作方式。但我的想法是，当我们能够发现地球大小和更小的东西时，我们会发现地球大小和更小的东西比海王星大小的东西更多。

也许我们会发现，我们这个古怪的小行星系统，尽管有各种怪癖和奇迹，但在宇宙中并不是那么孤单。

本文的早期版本发布于 2022 年 12 月。

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