行星的研究方法

Ⅰ 天文學家是如何發現系外行星的

什麼是系外行星？

系外行星，就是太陽系之外的行星。太陽是恆星，太陽系是一個恆星系統，主要由太陽以及八大行星和其它小天體構成。

太陽系內有金木水火土五大行星，再算上地球、天王星和海王星，總共是八大行星。人類對太陽系的深入探索已經有半個世紀了，人類已經向八大行星分別發射了數十個探測器，其中人類向火星和金星發射的探測器數量最多。通過對太陽系八大行星的研究，科學家們根據相關數據，建立了關於行星的形成及演化理論。

銀河系很大，直徑大約10萬到20萬光年，銀河系裡估計有2000億顆恆星。太陽是一顆黃矮星，銀河系中像太陽這樣的黃矮星大約有60億顆，占銀河系恆星總量的3%。銀河系中有這么多恆星，按理來說，它們應該也像太陽一樣擁有幾顆行星。其它種類的恆星也可能擁有行星。

以目前的技術水平，人類也就只能觀測銀河系內很小范圍內的系外行星。希望人類有一天可以沖出太陽系，直接向最近的系外行星發射探測器。

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Ⅱ 科學家是如何測量出「行星」之間距離的

可以觀測並確定行星的運動周期T和半長軸A。當時公式中唯一未知的量是引力常數G，直到1797年卡文迪什才利用扭轉測量G，很快確定了太陽系中有衛星系統的行星的質量和太陽的質量。那麼，對於太陽系外的恆星，如何測量它們的質量亮度，多年來一直困擾著天文學家，直到光譜線和黑體光譜的發現。先說兩朵花綻放時的黑體輻射。用不了一兩天，人們就會好奇物體是如何發光的。長期以來，人們發現隨著溫度的升高，鐵爐中的鐵會先變紅後變白。

Ⅲ 都有哪些低成本的探測小行星的方法

天文學家探測行星的方法有： 方法一：天體測量學 天體測量學，主要通過精密追蹤一顆恆星在天空中運行軌跡的變化，來確定受其引力拖曳的行星所在。這與徑向速度法的原理很類似，只不過天體測量學並不涉及恆星光芒中的多普勒頻移。 方法二：利用狹義相對論 這是人類宇宙探索「技術庫」里增添的一個新手段。作為新的研究方法，它指導天文學家們去關注恆星的亮度因行星運動而發生的變化——後者的引力作用引發相對論效應，導致組成光的光子以能量的形式「堆積」，並集中於恆星運動的方向。

方法六：徑向速度法 這是到目前為止最具有成效的確認行星的方法。 徑向速度法找尋的線索，是恆星母星相對地球發生遠近運動時，衛星行星受其影響所產生的微小波動。變化雖然小，但使用現代的光譜儀已可以檢測出低至1米/秒的速度變化。這種方法通常也叫做「多普勒效應法」，因為它測量的，就是恆星的光受引力拖曳而產生的變化。 方法七：凌日法 凌日法的基本原理，是觀察恆星亮度在有行星橫穿或路經其表面時發生的細微變化。它的好處是可以從光變曲線測定行星的大小。

Ⅳ 行星物理學的研究方法

十七世紀初。望遠鏡的誕生為行星及其衛星的物理研究提供了條件。雖然行星的視圓面很小，而且觀測受地球大氣抖動等因素的影響，但用望遠鏡通過目視觀測還是發現了行星表面的許多特徵。十九世紀中葉以後，照相術、測光術、分光術被廣泛地應用到行星及其衛星的觀測和研究中來。例如：用照相方法拍攝行星的照片；用測光方法測定行星和衛星的累積星等、明度星等、色指數、光度與位相的關系、反照率及表面的有效溫度；用分光方法拍攝行星的光譜，並進而確定行星大氣的成分，根據譜線位移量測定行星的自轉周期等。隨後，偏振測量也被廣泛地應用到行星物理研究方面，對行星表面不同部分所反射的光的偏振測量，對於了解行星表面結構和特性有十分重要的價值。
二十世紀上半葉，射電天文學誕生後，開始對行星進行射電觀測，擴大了對行星及其衛星觀測的波段。這種觀測通常分為兩類，一類是直接接收行星和衛星表面發出的射電輻射，例如對行星而言，已經接收到的有水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星的射電輻射，其中木星、天王星、海王星還有射電爆發；另一類是雷達觀測，用雷達方法可以測定和研究行星表面的特徵，甚至可以測繪表面圖。
五十年代末以來，相繼向月球、金星、火星、水星、木星和土星發射了各種探測器，以逼近飛行、繞轉飛行、硬著陸、軟著陸、載人飛行等方式，通過照相、自動測量、采樣分析以及宇航員的實地考察和取回樣品，對月球和行星作了深入的研究。新的發現接踵而至。隨著宇宙航行時代的到來，行星物理學已成為當代科學研究的活躍領域之一。

Ⅳ 觀測星星有哪些方法

觀測星星的整體運動而不僅僅是一條光線。假如，一顆行星在一平面內運行，在引力周圍的中心恆星的移動將會引起星球在幾年之內向觀測者靠近或遠離。這將會使恆星的閃爍頻率有微小而可測的變化，但其作用甚微，木星引起太陽以每秒12米的徑向速度前進或後退，從而產生了小於千萬分之3的光線頻率的變化。盡管大多數研究星球徑向速度的方法只能精確到每秒幾百米，但是有些研究者已找到更精確的系統來觀測行星。

加拿大維多利亞大學的布魯斯?坎貝爾和他的同事最近使用莫納殼西死火山上的3.6米長的加拿大和法國聯合研製的夏威夷式的望遠鏡完成了一項歷時7年的研究工作。他們在望遠鏡信號束中用氰氟化物打開了一個洞，用以標定這顆恆星的光譜。包括德克薩斯大學的麥克唐納天文台在內的許多研究小組也使用了同樣的技術，不同的是，麥克唐納天文台使用碘胞作為標定光譜的標准。盡管這些研究進行了7年，但至今仍未發現任何行星，他們本應能夠在觀測的恆星周圍發現巨大的行星。

到現在為止這些計劃尚無一成功，這使人們認識到想要找到木星大小的一顆行星都是如此艱難，而要找到地球大小的行星更是難上加難。據安吉爾來看，甚至是用改良的光學儀器從地球上來探測地球大小的行星也是不大可能的。因此，大概需要把觀測點移到太空中，即使在太空中觀測也並非易事。就算可以成功地避開地球大氣層的影響，要找到地球大小的行星的清楚影像，需要有2倍於哈勃太空間望遠鏡大小和10倍光滑度的空間望遠鏡，這將耗資昂貴，並且在若干年內很難製成。

一個耗資較少的探測地球大小的行星的頻率的計劃，1994年由加利福尼亞國家航天和航空局埃姆斯研究中心的比爾?布魯克作為該局「探索」計劃的一部分提出。這個計劃主要是監測類太陽恆星的明亮度以便研究行星經過它們時引起的變化，效果同樣是很不明顯的。當地球在太陽前經過時，太陽的亮度只會減少0.01%，但這種變化會持續幾個小時，並在一個固定的時間內每年發生1次。這就使得研究小組有可能把這種情況與耀斑或恆星黑子引起的恆星亮度的隨意變化相區別。布魯克說3次這樣重復出現的情況就可以證明1個類似地球的行星的存在，並且研究者也可預測下次的通過時間。

只要觀測者大體上與恆星的行星運行軌道平面平行，小行星接近恆星就可探測到。但從幾何學角度來考慮這種可能性只有1%左右，既然沒有辦法事先知道從哪些星星著手研究，最好的辦法就是同時觀測大批的恆星，寄希望於能夠找到存在正確平面的行星和恆星，並捕捉到那些正要經過恆星的行星。這種觀測辦法需要連續不停的監測，並且最好在太空中進行，在那裡沒有陽光或壞天氣的干擾。

布魯克的研究小組將使用一個視角為10０的1米廣角的天文望遠鏡，並配備一組有極高靈敏度的探測儀。這個望遠鏡將被安置在衛星上與衛星一道進入運行軌道。研究小組選擇的觀測方向包括類似我們的太陽的5000顆星星。

1995年早些時候，一個由100多個重要人物組成的審查委員會評價說，布魯克研究小組的計劃是唯一可行的探尋類似地球行星的方法。但仍有人懷疑它的實施是否可把費用控制在「探索」計劃的財政預算之內，即每個小組不超過1.5億美元。兩個相對獨立的專門小組正在對研究小組進行評估，並決定1996年它是否可以歸入「探索」計劃。

由於類地的行星較小的質量以及對恆星較小的影響，用天體測量學的方法探尋類地的行星就需要精確到1/10微秒的儀器，只有用干涉儀才能達到此效果。從相隔一定距離的兩台望遠鏡發出的光束被混合在一起，去模擬一台帶有與兩台望遠鏡間距一樣大的鏡片的獨立望遠鏡擁有的解析度。

在位於帕薩迪納的國家航空和航天局的噴氣推進器實驗室，米歇爾?紹和他的同事們正在建造紅外式干涉儀，可使其用於高精度的天體測量儀中。他們想要探測最多40光年遠的天王星和海王星大小的太陽系外行星，正在建造的干涉儀是由兩個相距100米的40厘米望遠鏡組成的。

國家航天和航空局同時正在夏威夷的莫納克亞死火山上，安裝使用了兩個類似的10米直徑的凱克天文望遠鏡用於行星研究。一種方法是在主體望遠鏡周圍搭一些小的「分支」望遠鏡，並與主體部分中一個望遠鏡平行，構成多種組成部分的干涉儀，米歇爾相信依靠如此高精度的儀器的幫助，尋找大小介於地球與海王星之間的行星應該是可能的。

用天體測量學的方法探測類地行星的最後步驟是具有挑戰性的。類似於來自恆星黑子的影響的復雜因素可能會造成很難排除的錯誤。即使一個天體測量計劃最終成功了，我們依然無法知道所尋找的行星是否能夠居住。一個由巴黎大學的艾倫?萊熱領導進行的達爾文探測計劃，將使用以太空為基地的干涉儀尋找生命存在的信號。這部干涉儀是由1～2米為直徑、10～30米間距的兩個或多個紅外線望遠鏡組成的。

達爾文探測計劃的儀器由於許多原因將會觀察到紅外光譜。首先，恆星與行星之間紅外線的對比度比可視光線要大，這是因為類太陽恆星帶有高達5100開爾芬的溫度，主要在光譜的可視地區發射光線，而行星的溫度只有100開爾芬或更少，散射的最大值都集中於紅外線外側，盡管恆星更大的體積和更高的溫度使它在所有波長范圍內都比行星亮，但在光譜紅外線區，亮度的差別則小得多，故而行星更容易被辨別位置。在10微米的波長范圍內，地球是太陽系內最亮的行星，盡管它比太陽要暗1000萬倍。達爾文小組的干涉儀將會順利安裝好，這樣不同的光束將會互相進行破壞性干擾甚至抵消，這使得探測類地行星發射出的微弱信號比較容易。

既然氧氣在紅外線區內存在易辨認的光譜線，行星的信號可在波長6～9微米的臭氧吸收帶內探測到，在這個吸收帶內類地行星與它的中心恆星相比較時顯得相對明亮。臭氧層的出現預示著在下層的大氣中含有大量的氧氣，氧氣具有很大電抗性，經常很快地移動出大氣層中，它的出現預示氧氣被生物放射物質所代替發生光能合成。

達爾文探測計劃是歐洲航天局(ESA)考慮范圍的兩個行星探測計劃之一。從現在開始到2000年，達爾文探測計劃和其對手天體測量——GAIA計劃將被進行更細致的研究和評估，最終其中之一會被選中作為歐洲航天局的「地平線2000長遠太空」計劃(GAIA)的中流砥柱。GAIA可以勝任探測行星的任務，而在技術上，富有挑戰性的達爾文研究小組同樣可以探測到生命的痕跡。

實際上，確定一顆遙遠的行星的距離是所有任務中最艱巨的。甚至那些直接探測行星的方案，也只能看到一個光點。它需要以太空為基地的干涉儀，並配有間隔相當遠的望遠鏡。這些工作用一架航天器是無法完成的，但米歇爾?紹相信不久就可能使用不同的航天器作為這架巨大的干涉儀的部件。他設想將3艘宇宙飛船發射進入太陽系軌道中，排列成邊長為1000公里的等邊三角形，兩個是望遠鏡，第三個作為光束混合和分析的導航台。研究人員可利用激光對3艘宇宙飛船的距離進行極其精確的測量，這樣光束可以正確地混合在一起。這個計劃將構成太陽系外行星系統研究的最後一步，並將第一次具體描繪出太陽系外的行星世界。

這的確給我們描繪出一幅充滿希望的未來的藍圖。

Ⅵ 凌日法是什麼原理人類有哪些探索外星的方法

經常在這個頻道里說起開普勒號（Kepler）進行的任務以及它通常使用凌日法（transit method）探索系外行星。也就是說，每當一顆行星位於恆星前，並與之排成一排，剛好擋住其光線，我們就可以用像開普勒號這樣的光度計探測到光度的下降。

圖解：開普勒號新發現的41顆凌日行星（圖源：eoPortal）

最後，有件事要宣布。在這個月底，我和艾薩克·亞瑟（Isaac Arthur）會有一個分為兩部分的合作作品，這也是很多人詢問想看到的。我們商議並選擇了“提升（uplifting）”這一主題，即你可以通過生物或技術上的增強，讓一個物種變得更聰明。這個主題已在科幻小說中涉及，其中最明顯的是大衛·布林（David Brin）和H.G.威爾斯（H.G. Wells）的作品，但這個概念還有很多其他方面沒有得到很好的探討，特別是在地外生物學方面。

Ⅶ 人類如何探索系外行星有什麼新設備嗎它是怎麼工作的

ARIEL “瞪羚號 ”系外行星探測器是首個完全專注於系外行星大氣的航天器。NASA期望藉助重要儀器以收集珍貴數據。

這一對儀器將會穿梭到距離地球一百萬英里之外的拉格朗日點2（圖示L2處）。這一點與NASA將於2021年發射的韋伯空間望遠鏡相同，應當能在太空中提供一個穩定的位置。韋伯空間望遠鏡將會通過詳細研究行星的一部分來補充ARIEL的工作。

Ⅷ 天文學家探測行星的方法有哪些

天文學家探測行星的方法有：

方法一：天體測量學

天體測量學，主要通過精密追蹤一顆恆星在天空中運行軌跡的變化，來確定受其引力拖曳的行星所在。這與徑向速度法的原理很類似，只不過天體測量學並不涉及恆星光芒中的多普勒頻移。

方法二：利用狹義相對論

這是人類宇宙探索「技術庫」里增添的一個新手段。作為新的研究方法，它指導天文學家們去關注恆星的亮度因行星運動而發生的變化——後者的引力作用引發相對論效應，導致組成光的光子以能量的形式「堆積」，並集中於恆星運動的方向。

方法三：脈沖星計時法

這種方法特別適用於發現圍繞脈沖星運動的行星。所謂脈沖星，是由恆星衰亡後的殘余形成的密度極高的星體。它在高速自轉的同時，會發射出強烈脈沖——且由於一顆脈沖星的自轉本質上是非常穩定的，所以這種輻射因為自轉而非常規律。

方法四：直接成像法

這種方法最大的特點，叫「不言自明」——用不著什麼復雜的演算，只需使用功能強大的望遠鏡，直接給距離遙遠的行星拍攝個「證件照」，一並還能取得其「行星護照」——上麵包含了這顆行星光度、溫度、大氣和軌道信息。

方法五：重力微透鏡法

重力微透鏡法，是指科學家們從地球上觀察巨大星體路經一顆恆星正面時發生的現象，進而尋找行星的方法。這是唯一有能力在普通的主序星周圍檢測出質量類似地球大小行星的方法。

方法六：徑向速度法

這是到目前為止最具有成效的確認行星的方法。

徑向速度法找尋的線索，是恆星母星相對地球發生遠近運動時，衛星行星受其影響所產生的微小波動。變化雖然小，但使用現代的光譜儀已可以檢測出低至1米/秒的速度變化。這種方法通常也叫做「多普勒效應法」，因為它測量的，就是恆星的光受引力拖曳而產生的變化。

方法七：凌日法

凌日法的基本原理，是觀察恆星亮度在有行星橫穿或路經其表面時發生的細微變化。它的好處是可以從光變曲線測定行星的大小。

Ⅸ 科學家首次發現銀河系外行星，體積類似土星，科學家是如何尋找系外行星的

如今，關於發現太陽系外行星的消息不絕於耳，甚至發現太陽系外宜居行星的消息也不時傳來，已經不是什麼新鮮事兒了。那麼，距離遙遠且自身並不發光的系外行星，是如何被地球上的人類發現的呢？

這些觀測數據包括：恆星在天空中運行軌跡的變化、恆星的亮度因行星運動而發生的變化、恆星的二級光變曲線、恆星受行星引力拖曳而產生的多普勒頻移……

Ⅹ 行星不發光，科學家是如何發現太陽系外的行星的

科學家有很多方法來尋找地外行星，比如行星凌日法、徑向速度法、直接測量法、引力攝動法，重力微透鏡法、脈沖星計時法、相對論法等等；其中凌日法是最有效的，目前人類發現大約5000顆地外行星中，有70%都是利用凌日法發現的。

但是這個方法對觀測設備的要求極高，還要求行星的尺寸不能太小，距離地球越近越好，同時行星也不能距離母恆星太近，目前天文學家用這種方法發現了數十顆系外行星。

以上七種探測系外行星的方法，都是各有各的優缺點，比如行星凌日法雖然效率非常高，但是當行星的公轉軌道垂直於地球方向時，這個辦法就失效了，而且行星凌日法不反應行星的大氣數據，只有各種方法相輔相成，才能讓我們發現更多的地外行星。