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尋找系外行星和生命

2020/8/16 — 12:10

Image credit: NASA/JPL-Caltech

Image credit: NASA/JPL-Caltech

記得在卅年或以前的曹宏威年代(當時他是電視台科學權威),舉凡講到外星人,他總是傾向語帶否定;固然,正式說法是未知。畢竟 1995 年才探測到首個系外行星,其實當時科學主流不信有,信有的多被歸類科幻。隨着太空望遠鏡大大提升觀測能力,現在找系外行星已成為研究主流之一。迄今,找的方法仍已 transit 為主,大概如下:

行星不發光的,但會圍繞發光的恆星公轉的,除非觀測方向頗為垂直於其軌道面,不然只要稍有角度如上圖者,恆星便會定期被遮擋(凌恆),如月球遮擋太陽般日蝕。只要探測精確度夠,這「一點遮擋」會令亮度(flux, F)減少丁點,通常僅減約 1%,但已足夠計出很多關於這行星的特性;首先最起碼的是行星公轉週期(P)已即知道。

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恆星的顏色已大概說明了其溫度,再加上亮度,便可計出其質量。知道恆星質量、行星公轉週期,按開普勒第三定律可計出其軌道半徑(semimajor axis, );既知週期、半徑,其公轉速度亦即知道。繼軌道半徑後,行星半徑亦可計出:因恆星亮度跟其半徑的平方和表面溫度的四次方正比,行星凌恆時,從亮度微跌程度可計出被遮蓋面積亦即行星面積,故其半徑亦得知。

最精彩的,還是觀測方向與軌道面的角度亦計到。已知恆星半徑及行星公轉速度,從行星凌恆時間便知行星是在恆星面的中間還是偏高/低處經過。知道偏高 / 低了幾多,連同軌道半徑和恆星半徑,用些基本三角幾何計些少數,便可計出軌道面的角度了。

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其實,單從恆星質量和軌道半徑已多少推測到行星有幾熱(溫度)、有水機會率、是固態定氣態等。這些資料就是判斷有無生命,甚或有無高等生命的準則。卅年過去,今天發現的系外行星已多得很。說宇宙從來沒有系外生命,概率上反而可能性極低!

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