我們從未發現過像太陽系這樣的東西。是太空中的怪胎嗎？

自具有里程碑意義的發現以來在這一年里 1992兩顆行星圍繞著太陽系外的一顆恒星運行。,數以千計的新世界已被添加到快速增長的“系外行星”列表中在銀河系中.

我們從中學到了很多東西圍繞外星恒星運行的大量外星世界目錄。但有一個小細節像拇指酸痛一樣突出。我們沒有發現像我們自己的太陽系那樣的東西。

這導致一些人得出結論，我們的母星和它的巢穴在某種程度上可能是異常值——也許是同類中唯一的行星系統。

推而廣之，這可能意味著生命本身就是一個異類;形成地球的條件及其自我復制化學的外表很難復制。

如果你只看數字，前景是嚴峻的。到目前為止，我們確定的最多的系外行星在很大程度上屬于一種未知的有利于生命的類型：巨星和亞巨星，氣體和冰的種類。

到目前為止，我們看到的大多數系外行星都非常緊密地圍繞它們的恒星運行，幾乎擁抱著它們;如此之近，以至于它們的炙手可熱的溫度將遠高于已知的宜居范圍。

隨著我們繼續搜索，統計數據可能會平衡，我們會看到更多讓我們想起自己后院的地方。但這個問題比只看數字要復雜得多。系外行星科學受到我們技術能力的限制。不僅如此，我們對真實外星世界多樣性的印象有可能受到我們自己想象力的限制。

銀河系中真正存在的東西，以及更遠的地方，可能與我們實際看到的非常不同。

期望，以及如何挫敗它們

系外行星科學從一開始就有著顛覆期望的歷史。

“如果你回到我小時候長大的那個世界，我們只知道一個行星系統，”南昆士蘭大學的行星科學家 Jonti Horner 在 2022 年告訴 ScienceAlert。

“所以這就是這種隱含的假設，有時是明確的假設，所有的行星系統都是這樣的。你知道，在恒星附近會有非常小的巖石行星，在離恒星很遠的地方會有非常大的氣態巨行星。這就是行星系統的樣子。

出于這個原因，科學家們花了一段時間才確定一顆圍繞主序星運行的系外行星，比如我們的太陽。假設其他太陽系也像我們的太陽系一樣，那么重量級行星拉扯恒星的跡象將需要數年時間才能觀察到，就像我們自己的氣態巨行星需要數年才能完成軌道一樣。

基于如此漫長的單次測量，似乎不值得費力地篩選出許多恒星相對較短的觀測歷史，以最終篩選出一個主序太陽系。

當他們終于看完時，他們發現的系外行星完全不像他們期待什么：氣態巨行星質量的一半（和尺寸的兩倍）木星它的軌道離它的主星如此之近，它的一年等于4.2天，它的大氣層在大約1000攝氏度（1800華氏度）的溫度下燃燒。

從那時起，我們了解到這些“熱木星”類型的行星一點也不奇怪。如果有的話，它們似乎相對常見。

我們現在知道，銀河系中的多樣性比我們在家庭系統中看到的要多得多。然而，重要的是不要假設我們目前能探測到的就是銀河系所能提供的一切。如果有像我們自己的太陽系這樣的東西，它很可能超出了我們的探測能力。

“像太陽系這樣的東西對我們來說很難找到，它們在技術上有點超出了我們的范圍，”霍納說。

“類地行星不太可能從我們迄今為止所做的任何調查中被發現。你不太可能找到一個汞,金星、地球和火星圍繞著像太陽這樣的恒星。

如何找到一顆行星

讓我們非常清楚：方法我們用來探測系外行星非常聰明。目前有兩種是系外行星探測工具包的主力：凌日法和徑向速度法。

在這兩種情況下，您都需要一臺對恒星光線的微小變化敏感的望遠鏡。然而，每個人正在尋找的信號都大不相同。

對于凌日方法，您需要一臺望遠鏡，可以使恒星持續固定在其視野中。這就是為什么美國宇航局的天基凌日系外行星勘測衛星（TESS）等儀器如此強大，能夠鎖定天空的一部分超過 27 天不會被地球自轉打斷。

一次入侵一個系外行星的天文學gif！這次有一個gif，顯示了探測系外行星??的凌日方法pic.twitter.com/2ZHv24DRTH

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

這類望遠鏡的目的是發現凌日信號——當一顆系外行星從我們和它的主星之間經過時，就像一朵小云遮住了幾縷陽光。

正如您可以想象的那樣，這些光線的下降很小。一個閃光點不足以自信地推斷出系外行星的存在;有很多事情可以使恒星的光芒變暗，其中許多是一次性事件。多次過境，尤其是那些表現出規律周期性的過境，是黃金標準。

因此，在較短的軌道周期內，比水星更接近恒星的較大系外行星（有些在不到一個地球周的軌道上更近），在數據中受到青睞。

如果你錯過了，我的gif展示了如何通過徑向速度方法檢測系外行星，現在可以在黑暗模式下使用！pic.twitter.com/P4yvXQVSUt

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

徑向速度法檢測恒星在其軌道上擺動時由系外行星的引力引起的擺動。你看，一個行星系統并沒有真正圍繞恒星運行，而是在協調的洗牌中跳舞。恒星和行星圍繞一個共同的重心運行，稱為重心。

對于太陽系，這是一個非常非常接近太陽表面的點，或者就在太陽表面之外，主要是由于木星，即超過兩倍所有其他行星的質量加起來。

與凌日事件的眨眼和錯過事件不同，恒星位置的變化是一個持續的變化，不需要持續的監測來注意到。我們可以探測到遙遠恒星圍繞其重心運行的運動，因為這種運動改變他們的光線由于所謂的多普勒效應。

當恒星向我們移動時，朝我們方向射來的光波會略微被擠壓，朝向光譜的藍色末端;當它遠離時，波浪向更紅的一端延伸。恒星光線中有規律的“擺動”表明存在軌道伴星。

同樣，數據傾向于支持較大的行星，這些行星在距離恒星更短、更近的軌道上施加更強的引力影響。

除了這兩種突出的方法外，有時還可以直接對系外行星繞恒星運行進行成像。雖然這是一件非常困難的事情，但它可能會變得更加普遍在JWST時代.

根據英國華威大學的天文學家丹尼爾·貝利斯（Daniel Bayliss）的說法，這種方法將發現一個幾乎相反的類別系外行星到短軌道品種.

為了看到一顆系外行星而不被其母星的眩光淹沒，這兩個天體需要有非常大的距離。這意味著直接成像方法有利于相對較長軌道上的行星。

然而，由于顯而易見的原因，通過這種方法仍然更容易發現更大的系外行星。

“每種發現方法都有自己的偏見，”貝利斯解釋說。

他補充說，地球繞太陽一周之久，位于不同探測技術所青睞的軌道極端之間，因此“找到軌道為一年的行星仍然非常非常困難。

那里有什么？

到目前為止，數量最多的組系外行星是一個在太陽系中甚至沒有代表的類別。這就是迷你海王星——比海王星小、比地球大的氣體包裹系外行星。

大多數已確認的系外行星的軌道比地球短得多;事實上，超過一半的軌道不到20天。

我們發現的大多數系外行星都圍繞著孤獨的恒星運行，就像我們的太陽一樣，只有不到10%的系外行星在多星系統中。然而 m銀河系中的恒星是多星系統的成員，估計高達80%的恒星圍繞著至少一顆其他恒星運行。

不過，想一想。這是否意味著系外行星在單顆恒星周圍更常見，或者系外行星在多顆恒星周圍更難探測到？

不止一個光源的存在會扭曲或掩蓋我們試圖從系外行星探測到的非常相似（但要小得多）的信號，但也可能是多星系統以某種方式使行星形成復雜化的。

這又把我們帶回了家，回到了我們的太陽系。盡管在我們發現的一切背景下，家似乎很奇怪，但它可能并不少見。

“我認為可以公平地說，我們的太陽系中實際上缺少一些非常常見的行星類型，”貝利斯說。

“超級地球看起來有點像地球，但半徑是地球的兩倍，我們沒有這樣的東西。我們沒有這些迷你海王星。所以我認為可以公平地說，有一些非常常見的行星，我們在自己的太陽系中看不到。

“現在，無論這是否使我們的太陽系變得稀有，我想我不會走那么遠。因為可能還有很多其他恒星擁有太陽系類型的行星，我們只是還沒有看到。

在發現的邊緣

第一顆系外行星是在 32 年前被發現的，它圍繞著脈沖星，一顆完全不像我們自己的星星。從那時起，這項技術已經超出了人們的視線。現在科學家們知道要尋找什么，他們可以設計出越來越好的方法來在更多樣化的恒星周圍找到它們。

而且，隨著技術的進步，我們發現越來越小的世界的能力也會越來越小。

這意味著系外行星科學可能即將發現我們目前視野中隱藏的數千個世界。正如霍納所指出的，在天文學中，小事比大事多得多。

紅矮星就是一個很好的例子。它們是銀河系中最常見的恒星類型，而且它們很小，質量只有太陽的一半左右。它們是如此之小和昏暗，以至于我們無法用肉眼看到它們，但它們卻解釋了高達 75%銀河系中的所有恒星。

現在，當涉及到從統計學上理解系外行星時，我們使用的是不完整的信息，因為有些類型的世界是我們看不到的。

這種情況必將改變。

“我只是有一種嘮叨的感覺，如果你在20年后回來，你會看到那些關于迷你海王星是最常見的行星的說法，就像你回顧1990年代初的聲明一樣，這些聲明說你只會在恒星旁邊看到巖石行星，”霍納告訴ScienceAlert。

“現在，我很可能被證明是錯的。這就是科學的運作方式。但我的想法是，當我們能夠發現地球大小和更小的東西時，我們會發現地球大小和更小的東西比海王星大小的東西更多。

也許我們會發現，我們這個古怪的小行星系統，盡管有各種怪癖和奇跡，但在宇宙中并不是那么孤單。

本文的早期版本發布于 2022 年 12 月。

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