寻找系外行星

第一章引言/001

1.1我的简史

1.2人类观察天空的活动

1.3行星为什么按它们现在的方式运动？（

1.4系外行星与完成哥白尼革命

第二章恒星的多普勒频移

2.1用望远镜观测

2.2考虑每个作用力

2.2.1圆轨道的视向速度变化

2.3偏心轨道

2.3.1示例：判读视向速度

2.4精确测量视向速度

2.5恒星颤动

2.6设计多普勒巡天时的考虑

2.6.1示例一：寻找热木星

2.6.2示例二：寻找宜居带中的行星

2.7结束语

第三章看见行星的影子/

3.1测量并判读凌星信号

3.2a/Rょ的重要性

3.3凌星时刻的变化

3.4测量恒星的亮度

3.5视向速度法优先，凌星法其次

3.6凌星法优先，视向速度法其次

3.6.1太空中的凌星巡天

3.7从近距离到远距离

第四章行星弯曲时空/091

4.1微引力透镜的几何原理

4.2微引力透镜的光变曲线

4.3行星的微引力透镜信号

4.4微引力透镜巡天

第五章直接对行星成像

5.1角分辨率的问题

5.1.1自适应光学

5.2对比度问题

5.3偶然共线的问题

5.4测量已成像行星的性质

第六章行星探索的未来/133

6.1在更宽广的尺度下认识太阳系

6.2了解行星如何形成

6.3寻找太阳系以外的生命

6.4作为冰山一角的巨行星

6.5多普勒方法的未来：走向专用仪器1

6.6凌星巡天的未来

6.7微引力透镜法的未来

6.8直接成像法的未来

6.9结束语

参考文献

术语表

索引

译后记

1.1我的简史

我是一名天文学家，因而我的职业兴趣是研究夜空中天体发出的光。不过与许多天文学家不同，我对夜空的兴趣来得很晚，晚到本科阶段才开始。我没有儿时观星的记忆，也从未想过要一台望远镜作为圣诞礼物，卧室的墙上没有月相日历，甚至在我二十一岁之前，连一本与天文学相关的书都没有。小时候我和天文学联系最近的事物，还是挂在我床边的航天飞机海报，但那时点燃我兴趣的是航天飞机复杂的机械细节，而不是它所航行的地方。

回首往事，我认为少时之所以对天文学一无所知，主要是因为我在密苏里州圣路易斯县北的大都市区长大。冬季的夜晚更长，天上经常多云，城市的光污染让夜晚依旧明亮，即使没有云层亦是如此；而夏天则空气潮湿，还满是蚊子。①

另一个重要因素：在六岁到十二岁的这段时光里，我花了不少时间在自己的房间里搭乐高积木。从我早年的经历来看，我似乎注定要成为一名工程师，而不是如今的天体物理学教授。

等我进入密苏里州罗拉镇（当地方言发音大概是Rah-lah,Mizz-ur-ah）的一所小型工程学院（这所学院现在名为密苏里科技大学）之后，我才首次对夜空有了难忘的体验。罗拉镇的人口约20000，但只在学年中有这么多；一旦学生们放了暑假，就会下降到12000人以下。1997年8月的一个炎热夏夜，就在秋季学期即将开始前，我的室友杰森劝我出去看当晚的英仙座流星雨，那时我正坐在房间里用我们自己搭的局域网玩电脑游戏。杰森此前在学生广播电台KMNR的公共服务通告中听说了这场流星雨，当时我们都在那儿做DJ。在开学前也没有更好玩的事了，于是我们和几个朋友驱车来到镇外的农田，铺了几条毯子，等着流星出现。

就在我们看着那些大小不一的流星划破夜空的时候，我注意到了一条暗淡而斑驳的光带，于是我问其他人是否看到了它。结果发现，我们看到的是银河——从内部观察到的我……

外星世界一直都是科幻小说的主要内容之一。不过在今天，由于现代天文仪器的发展和许多积极的观测天文学家的成就，存在位于太阳系外行星(也被称为系外行星)已经成为公认的科学事实。随着行星搜寻者们发现更小的行星和更多的类地行星，我们对宇宙的认识已被永久改变。然而，对大众而言，天文学家究竟是如何做出了这些发现，却往往得不到答案。《如何发现系外行星？》是一本权威的入门指南，它介绍了当代行星搜寻者所用的四种重要技术，用于探测围绕遥远恒星运行的行星的微弱信号。约翰·约翰逊教授为读者带来了专业人士对这些激动人心的前沿科技的看法。在本书中，他会介绍天文学家如何探测绕恒星运动的行星的引力拖曳导致恒星摇摆，如何观测行星掩食时恒星亮度的微弱下降，如何发现恒星及其行星|起时空弯曲，以及如何直接拍摄明亮中心恒星附近行星的图像。《如何发现系外行星？》一书适合任何具有大学物理基础水平的读者阅读。该书还介绍了在太阳系之外发现生命的前景，以及出人意料的新观测结果怎样揭示：我们也许并没有完全理解行星如何形成……