如何知道外星上有没有生命？科学家提出新方法

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冕仪：遮挡星光，直接成像

大部分系外行星是通过径向速度法（根据光谱频移来计算）、凌星法、微引力透镜法等方法确定出来的。但这些方法无法获得与系外行星大气有关的信息。为获得大气的信息，要先确保能够直接拍摄到系外行星的图像，这就要用“直接成像法”了。

如果恒星很暗（如褐矮星）、而行星却很亮（如热木星），且二者相距较远，那么我们就可以直接拍摄到行星的图像。比如，2004年Gael Chauvin领导的小组用欧洲南天天文台（ESO，也译作欧洲南方天文台）的甚大望远镜（VLT），直接拍摄到围绕着一颗褐矮星2M1207公转的热木星。这也是人类历史上第一个用直接成像法拍摄到的系外行星。

褐矮星2M1207以及围绕其公转的热木星（图片来源：NaCo，VLT，ESO）

如果恒星非常亮，或者行星与恒星靠得非常近，想不利用其他设备的帮助而直接拍摄出行星的图像，是极其困难的，因为此时的行星的光芒就如萤火虫，而恒星的光芒如同萤火虫旁边的大火。这时候就要想办法将恒星发出的光整个屏蔽掉，然后再拍行星反射出的光。

屏蔽恒星光的仪器就是冕仪（coronagraph）。冕（与“免”同音），英文对应单词为“corona”；中文中，冕是“皇帝（与士大夫）的帽子”的意思，比如“加冕”就是给皇帝戴上皇冠、“无冕之王”就是没有皇冠的皇帝。太阳的外层有一层帽子一样的成分，温度很高但却很暗，被称为“日冕”（太阳的帽子）。日全食发生时，太阳整个被月球挡住，人们就可以很容易地观测到日冕。其他情况下，有专门的“日冕仪”用以观测日冕。日冕仪是法国天文学家Bernard Lyot于1939年发明出来的。

左图：太阳周围的日冕（来源：ESO）；右图：用来观测日冕的日冕仪（图片来源：http://solarwww.mtk.nao.ac.jp/en/norikura/nkr10cmnew.html）

想用类似的方法屏蔽掉系外行星的母恒星的光，就要用对应的冕仪[JD6] 。天文学家将冕仪安装在望远镜镜头前端，就可以屏蔽掉恒星光芒、直接拍摄系外行星的图像了。一些系外行星就是用这种方法观测到的。由于那些恒星视角比太阳小得多，用来遮蔽它们的冕仪必须克服地球大气流动导致的“晃动”，这就需要与自适应光学系统相结合，去掉“晃动”。

受种种条件限制，直接成像法观测到的系外行星数目极少，比较著名的有HR 8799周围的三颗行星，它们与中心恒星的距离分别为24、38、68天文单位（地球与太阳的平均距离为1天文单位），一开始认为它们的质量是木星的5倍到13倍，后来的观测修正为5~7倍。在这个成果公布两年后，天文学家又于更内侧的地方（15个天文单位）发现了这个系统中的第四颗行星。下图为这个系统中的三个行星（b、c、d）的图像。

用直接成像法于不同时期（2004、2007、2008）用不同望远镜（凯克望远镜、双子望远镜，凯克望远镜）拍摄到的HR 8799周围的三颗行星，图中b、c、d为行星（图片来源：C. Marois 等人，Science 322:1348-1352,2008）

光谱仪：分析系外行星大气的成分

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