系外行星都是些什么样子的?
截至2021年12月20日,科学家已发现系外行星4904个,系外行星系统3628个,系外多行星系统808个(最新数据见:http://exoplanet.eu/catalog/)。这些系外行星系统和我们的太阳系总体来说还是颇有相似之处的。
人类发现系外行星的第一例可靠的结果发表于1995年11月,该行星位于飞马座方向,其母恒星编号为飞马座51,质量和半径都跟太阳类似,也是一颗主序星。这颗系外行星的质量大约相当于半个木星,公转周期只有短短4.23天,轨道半径780万千米,只有水星轨道的1/8。作为对比,木星的公转周期将近12年,轨道半径约为7.8亿千米,是这颗系外行星的100倍。可以说,这颗气态巨行星相当于贴着恒星的脸在公转了。离恒星这么近,它一定被晒得很热,所以这种行星有了一个俗名:热木星。
在这之后,又有一些科学家宣布发现了一些系外的热木星,不过,人类显然对发现系外的类地行星更感兴趣,但是困难在于,系外行星质量比气态巨行星小很多,对恒星的影响相应也会小很多,要发现的话要困难得多。不过,随着观测技术的进步、观测精度的提高,科学家终于陆续发现了一些质量为十几倍到几倍地球质量的行星(作为对比,木星质量是地球质量的318倍),这类行星被称为“超级地球”。
2007年,有科学家发现三颗系外行星拥有大气,不过它们都是热木星。另外一些科学家发现恒星Gliese 581有3个质量接近地球的行星,不过它们距离自己的母恒星都特别近。
图1. 恒星Gliese 581和它的行星艺术想象图(图源:https://www.nasa.gov/)
2009年,美国发射了开普勒(Kepler)系外行星探测器,发现了一大批系外行星,其中包括不少大小类似地球的行星。一个著名的例子是Kepler-22 b。这个系统的母恒星Kepler-22是一颗类太阳恒星,它的行星Kepler-22b直径是地球的2.38倍,公转周期289.9天,最重要的是,它的位置正好位于该恒星系统的宜居带,其上可能有海洋和大气,甚至生命!
当通过间接方法探测到系外行星后,科学家可以使用一些大型望远镜,用特殊的 技术拍摄到系外行星的光学图像。首例是2004年4月,欧南台的8.2米VLT望远镜拍摄到半人马座中的一颗褐矮星2M1207的照片,在其不远处的红色暗斑是一颗行星2M1207b(图2)。这颗系外行星的母恒星很暗很小,质量只有太阳质量的2.5%,而这颗系外行星本身很大,质量是木星的4倍,所以它和其母恒星的亮度只相差100倍,这就不容易被母恒星的光芒淹没了。
图2. 第一幅系外行星的光学照片,拍摄的是2M1207b(图源:https://exoplanets.nasa.gov/)
总之,系外行星千姿百态,发现的比较多的是热木星、超级地球这类质量大或者离母恒星近的行星,但近年来也发现了一些大小和环境跟地球类似的行星。至于是否有系外行星存在生命,就要留待未来的探索了。
(本回答主要参考了苏宜老师编著的《天文学新概论(第五版)》)