Lesson 9 Exoplanet

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2025-11-18

—— Sharon

我们已经发现了多少系外行星？

最近刚刚突破 6000 颗

假设是在 $10\text{ pc}$ 远处的一颗恒星，相当于地球轨道的一个行星在望远镜中应该距离这个恒星 $0.1''$ ；如果是木星轨道，那么距离大概是 $0.5''$ ，实际上这对于当前的空间望远镜已经不是什么难事. 问题在于这些行星是不发光的.

如果直接观测，那么非常难观测到行星.

间接观测手段是「凌星」和「恒星位移」，凌星是通过行星对恒星光度曲线的遮挡观测到的，恒星位移来源于对恒星受到行星引力影响的移位 (可以通过恒星的红移和蓝移来测量，也可以用恒星在星空中的相对位置来测量).

一个更加特殊的方法是 Microlensing (Dandan 的课上面讲过)，通过恒星和行星对于背景恒星的光线偏折来观测行星.

哪一种方法找到了最多的系外行星？

Transit (凌星).
因为我们可以同时测量全天的大量光度曲线.

考虑分析行星的大气层成分：首先观测主恒星的光谱，当凌星发生时，光线会穿过行星的大气层，这让我们有机会看到行星大气层的吸收谱；另外，当行星转到恒星后面时，行星的发射谱被遮住，对比凌星和这时的光谱也可以计算出发射谱.

如果光谱在不同时间出现了显著的差异，我们有理由说，这个行星大气层中有「云」.

Can We Find Life beyond Earth?

Cosmic Shoreline：在 Escape velocity (逃逸速度) - Insolation (日照) 图中，画出所有系外行星的散点图，有一条类似正比例函数的「海岸线」，在海岸线左侧的行星日照更强、逃逸速度比较低，它们难以形成大气层，但是更加明亮、容易被观察.

K2-18b：超级地球. 我们认为它的温度支持液态水的存在. 另外，JWST 团队观测到了很多在地球上只有生物才能产生的分子的光谱，所以认为这是生物存在的强证据. 当然，大多数天文学家并不认为这个证据足够强，因为 errorbar 实在是太大了.

如果 K2-18b 有表面海洋，那么其海洋温度应该相比地球海洋温度怎样？

K2-18b 是一个更大的行星，内部产生的地热更强，所以海洋温度会高于地球海洋温度.
同时，它也会有更厚重的大气层.

我们观测到的行星大多数是类地行星和更大质量的那些行星，中间质量的行星的观测数据极少 —— 多数观点认为，这是因为这类行星很容易被光所穿过，所以难以被观测到. 也有观点认为这是因为在形成过程中就是如此.

观测发现，大多数行星都分布在所处星系的同一个平面上.

大多数天文学家认为行星如何形成？

Bottom - up，而不是 Top - down.
明显的问题，因为我们见过从小到大的各种行星.

另外，不同的恒星系有很不同的角动量结构，有些恒星的自转方向和行星公转方向反向、甚至有的存在「极轨道」(躺着转). 理论预测行星的轨道可能 decay，导致行星落入恒星，但是我们在实际观测中只看见了一颗这样的实例.

孤立行星实例：JuMBOs (木星质量双星系统).

最近观测到一些从星盘中产生的行星事例，佐证了我们对「行星起源于星盘」的猜想.

2026 年，我们计划发射 Roman 望远镜，它相较 JWST 要更小，但是专门用来做 transit 和微引力透镜的观测.

Gaia 巡天和 Roman 哪一个能够观测到更多系外行星？

实际上我们还不知道，但是 Roman 或许更有可能.

2025/11/18 07:41

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