由中國科學(xué)院云南天文臺研究員顧盛宏領(lǐng)銜的國際聯(lián)合研究團(tuán)隊首次利用凌星中間時刻變化反演技術(shù)，在類太陽恒星的宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)一顆質(zhì)量約為地球10倍的超級地球——開普勒-725c。國際著名科學(xué)期刊《自然-天文》（NatureAstronomy）近日發(fā)表了這一突破性成果。那么，這顆超級地球是怎樣被發(fā)現(xiàn)的？尋找系外行星有哪些主流技術(shù)？科學(xué)家熱衷探索的超級地球，對天文學(xué)或行星科學(xué)究竟有何意義？我們來請中國科普作家協(xié)會會員雷淼來說一說。
（1）開辟發(fā)現(xiàn)“地球2.0”的新通道
類太陽恒星開普勒-725距離地球大約2472光年，與太陽相似，也是G型黃矮星。早在2016年，人們就得知它有一顆行星開普勒-725b。云南天文臺領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊通過深挖原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，開普勒-725b的公轉(zhuǎn)不太準(zhǔn)時，最早的“提前”和最晚的“遲到”可相差0.012天（17分鐘以上）。他們認(rèn)為，還有一顆行星干擾了開普勒-725b的運(yùn)行，最終通過凌星中間時刻變化反演，計算出這顆隱身行星的質(zhì)量和軌道參數(shù)，并將其編號為開普勒-725c。
開普勒-725c的質(zhì)量約為9.7個地球，每207.5天圍繞主星轉(zhuǎn)一圈。它的軌道半長軸（可視為與主星的平均距離）是0.674個日地距離，接受的平均輻照是地球的1.4倍，具備生命存在的條件。稍微美中不足的是，它的公轉(zhuǎn)軌道比較扁，“寒暑”切換相當(dāng)劇烈。
此次開普勒-725c受到極大關(guān)注，緣于這是使用凌星中間時刻變化法發(fā)現(xiàn)的首顆潛在宜居的超級地球。而且迄今為止，在已知類太陽恒星宜居帶運(yùn)行的超級地球中，它是唯一測得質(zhì)量的。這項研究開辟了發(fā)現(xiàn)類太陽恒星宜居帶內(nèi)“地球2.0”的新通道，是具有國際領(lǐng)先意義的一大突破。
（2）5大主流技術(shù)支持行星“找尋”
目前，科學(xué)家主要使用5種方法尋找系外行星。
1.視向速度法 當(dāng)一顆恒星朝著我們晃過來時，我們會看到它的光譜譜線朝著藍(lán)端移動，反之則朝著紅端移動（光源接近我們時，光波會因波長壓縮而變得更藍(lán)，遠(yuǎn)離我們時會因波長拉伸而變得更紅）。通過觀測譜線的擺動幅度和周期，便可得到恒星在視線方向上的速度和周期，進(jìn)而推算出造成晃動的那顆行星有多重、多久轉(zhuǎn)一周。恒星光譜非常穩(wěn)定可靠，且易于觀測，所以視向速度法是主要的系外行星探測方法之一。
2.凌星法 有些行星的軌道和地球?qū)Φ锰貏e齊，當(dāng)它圍著恒星轉(zhuǎn)的時候，在它的每一“年”，從地球看來，它都會從恒星面前經(jīng)過一次，短暫地對恒星造成局部遮擋。在此期間，我們能看到恒星的亮度降低，這種事件就叫“凌星”。對于高靈敏度的觀測設(shè)備來說，一丁點的變化足以讓行星“現(xiàn)身”。如果恒星變暗事件周期性反復(fù)出現(xiàn)，就可以確認(rèn)行星的存在，通過變暗幅度，還可以推測行星的尺寸。前面提到的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡探測系外行星，使用的就是凌星法。
3.凌星中間時刻變化法 以開普勒空間望遠(yuǎn)鏡為代表的凌星法雖然發(fā)現(xiàn)了一大批系外行星，但也有明顯局限。首先，它需要系外行星的軌道和地球精準(zhǔn)對齊。其次，凌星造成的亮度變化可能還不如恒星自身活動的亮度變化大，所以干擾嚴(yán)重。此次，云南天文臺聯(lián)合研究團(tuán)隊使用的凌星中間時刻變化法，在一定程度上突破了這些限制：對一顆已知行星的公轉(zhuǎn)周期進(jìn)行計時，就有機(jī)會發(fā)現(xiàn)其他隱匿的行星。
4.微引力透鏡法 愛因斯坦的廣義相對論指出，在大質(zhì)量物體周圍，時空會發(fā)生顯著的彎曲，使得走直線的光線看起來像是拐了彎。微引力透鏡法利用的就是這個原理，它使用非常遙遠(yuǎn)的背景恒星作為參考光源，來觀察近處的目標(biāo)恒星。微引力透鏡的弱點在于恒星遮掩是個一次性事件，難以像視向速度法或凌星法那樣反復(fù)觀測。
5.直接成像法 行星足夠大或足夠熱，也有機(jī)會直接進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的視野。比如，剛剛形成的年輕行星接收了所有吸積物的勢能，“憋了一肚子火”，能發(fā)出明亮的紅外線。當(dāng)然，行星再熱也沒有恒星熱，還需要采取“消零干涉法”等特殊手段，把主星的光輝掩蔽掉，才能露出其本來模樣。
（3）探索超級地球認(rèn)識生命起源
截至2025年6月5日，人類已經(jīng)確認(rèn)了5917顆系外行星，分屬4413個行星系，其中994個行星系擁有多顆行星。
科學(xué)家探索系外行星的熱情源于多重科學(xué)動機(jī)和深遠(yuǎn)人文意義。通過研究系外行星的形成，可以揭示行星系統(tǒng)的普遍規(guī)律，進(jìn)而理解太陽系和地球的起源。系外行星的多樣性顛覆了對行星系統(tǒng)的傳統(tǒng)認(rèn)知，推動了行星形成理論的修正。尋找潛在宜居星球以及生命活動的痕跡，能夠深入理解生命存在的條件、為生命普遍性研究提供樣本。探索任務(wù)需要高精度光譜儀、空間望遠(yuǎn)鏡、引力波探測等技術(shù)手段，同時促進(jìn)了天文、物理、化學(xué)、生物學(xué)的交叉研究。
總而言之，“我們孤獨嗎”這個千古難題，人類會繼續(xù)思考下去。而發(fā)現(xiàn)類太陽恒星宜居帶內(nèi)的類地行星，是關(guān)鍵一步。
由中國科學(xué)院云南天文臺研究員顧盛宏領(lǐng)銜的國際聯(lián)合研究團(tuán)隊首次利用凌星中間時刻變化反演技術(shù)，在類太陽恒星的宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)一顆質(zhì)量約為地球10倍的超級地球——開普勒-725c。國際著名科學(xué)期刊《自然-天文》（NatureAstronomy）近日發(fā)表了這一突破性成果。那么，這顆超級地球是怎樣被發(fā)現(xiàn)的？尋找系外行星有哪些主流技術(shù)？科學(xué)家熱衷探索的超級地球，對天文學(xué)或行星科學(xué)究竟有何意義？我們來請中國科普作家協(xié)會會員雷淼來說一說。
（1）開辟發(fā)現(xiàn)“地球2.0”的新通道
類太陽恒星開普勒-725距離地球大約2472光年，與太陽相似，也是G型黃矮星。早在2016年，人們就得知它有一顆行星開普勒-725b。云南天文臺領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊通過深挖原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，開普勒-725b的公轉(zhuǎn)不太準(zhǔn)時，最早的“提前”和最晚的“遲到”可相差0.012天（17分鐘以上）。他們認(rèn)為，還有一顆行星干擾了開普勒-725b的運(yùn)行，最終通過凌星中間時刻變化反演，計算出這顆隱身行星的質(zhì)量和軌道參數(shù)，并將其編號為開普勒-725c。
開普勒-725c的質(zhì)量約為9.7個地球，每207.5天圍繞主星轉(zhuǎn)一圈。它的軌道半長軸（可視為與主星的平均距離）是0.674個日地距離，接受的平均輻照是地球的1.4倍，具備生命存在的條件。稍微美中不足的是，它的公轉(zhuǎn)軌道比較扁，“寒暑”切換相當(dāng)劇烈。
此次開普勒-725c受到極大關(guān)注，緣于這是使用凌星中間時刻變化法發(fā)現(xiàn)的首顆潛在宜居的超級地球。而且迄今為止，在已知類太陽恒星宜居帶運(yùn)行的超級地球中，它是唯一測得質(zhì)量的。這項研究開辟了發(fā)現(xiàn)類太陽恒星宜居帶內(nèi)“地球2.0”的新通道，是具有國際領(lǐng)先意義的一大突破。
（2）5大主流技術(shù)支持行星“找尋”
目前，科學(xué)家主要使用5種方法尋找系外行星。
1.視向速度法 當(dāng)一顆恒星朝著我們晃過來時，我們會看到它的光譜譜線朝著藍(lán)端移動，反之則朝著紅端移動（光源接近我們時，光波會因波長壓縮而變得更藍(lán)，遠(yuǎn)離我們時會因波長拉伸而變得更紅）。通過觀測譜線的擺動幅度和周期，便可得到恒星在視線方向上的速度和周期，進(jìn)而推算出造成晃動的那顆行星有多重、多久轉(zhuǎn)一周。恒星光譜非常穩(wěn)定可靠，且易于觀測，所以視向速度法是主要的系外行星探測方法之一。
2.凌星法 有些行星的軌道和地球?qū)Φ锰貏e齊，當(dāng)它圍著恒星轉(zhuǎn)的時候，在它的每一“年”，從地球看來，它都會從恒星面前經(jīng)過一次，短暫地對恒星造成局部遮擋。在此期間，我們能看到恒星的亮度降低，這種事件就叫“凌星”。對于高靈敏度的觀測設(shè)備來說，一丁點的變化足以讓行星“現(xiàn)身”。如果恒星變暗事件周期性反復(fù)出現(xiàn)，就可以確認(rèn)行星的存在，通過變暗幅度，還可以推測行星的尺寸。前面提到的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡探測系外行星，使用的就是凌星法。
3.凌星中間時刻變化法 以開普勒空間望遠(yuǎn)鏡為代表的凌星法雖然發(fā)現(xiàn)了一大批系外行星，但也有明顯局限。首先，它需要系外行星的軌道和地球精準(zhǔn)對齊。其次，凌星造成的亮度變化可能還不如恒星自身活動的亮度變化大，所以干擾嚴(yán)重。此次，云南天文臺聯(lián)合研究團(tuán)隊使用的凌星中間時刻變化法，在一定程度上突破了這些限制：對一顆已知行星的公轉(zhuǎn)周期進(jìn)行計時，就有機(jī)會發(fā)現(xiàn)其他隱匿的行星。
4.微引力透鏡法 愛因斯坦的廣義相對論指出，在大質(zhì)量物體周圍，時空會發(fā)生顯著的彎曲，使得走直線的光線看起來像是拐了彎。微引力透鏡法利用的就是這個原理，它使用非常遙遠(yuǎn)的背景恒星作為參考光源，來觀察近處的目標(biāo)恒星。微引力透鏡的弱點在于恒星遮掩是個一次性事件，難以像視向速度法或凌星法那樣反復(fù)觀測。
5.直接成像法 行星足夠大或足夠熱，也有機(jī)會直接進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的視野。比如，剛剛形成的年輕行星接收了所有吸積物的勢能，“憋了一肚子火”，能發(fā)出明亮的紅外線。當(dāng)然，行星再熱也沒有恒星熱，還需要采取“消零干涉法”等特殊手段，把主星的光輝掩蔽掉，才能露出其本來模樣。
（3）探索超級地球認(rèn)識生命起源
截至2025年6月5日，人類已經(jīng)確認(rèn)了5917顆系外行星，分屬4413個行星系，其中994個行星系擁有多顆行星。
科學(xué)家探索系外行星的熱情源于多重科學(xué)動機(jī)和深遠(yuǎn)人文意義。通過研究系外行星的形成，可以揭示行星系統(tǒng)的普遍規(guī)律，進(jìn)而理解太陽系和地球的起源。系外行星的多樣性顛覆了對行星系統(tǒng)的傳統(tǒng)認(rèn)知，推動了行星形成理論的修正。尋找潛在宜居星球以及生命活動的痕跡，能夠深入理解生命存在的條件、為生命普遍性研究提供樣本。探索任務(wù)需要高精度光譜儀、空間望遠(yuǎn)鏡、引力波探測等技術(shù)手段，同時促進(jìn)了天文、物理、化學(xué)、生物學(xué)的交叉研究。
總而言之，“我們孤獨嗎”這個千古難題，人類會繼續(xù)思考下去。而發(fā)現(xiàn)類太陽恒星宜居帶內(nèi)的類地行星，是關(guān)鍵一步。
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