互动科普

2012年1月发现了最小的行星“开普勒42d”，它的直径只有地球的57%，这个“最小行星”的记录，到2012年8月为止仍未被打破。下面让我们听听，发现了最小的系外行星的朝气蓬勃的年轻学者，对寻找系外行星的美妙感受和今后的展望。

Newton：请介绍一下你的研究团队。

约翰逊：我的研究团队在“美国加州理工学院系外行星研究所”，常被称为“ExoLab”。主要进行行星的探测和分析，分析开普勒卫星的数据和凯克（Keck）天文台的观测数据。开普勒卫星探测的天区狭小，但观测得很深；而凯克天文台，研究的则是很宽的天区里的近邻恒星。

ExoLab里有12～14名研究员，其他组的人也会参加我们的会议并共同讨论想法，还有学生也会来帮忙。

Newton：是什么样的契机让你开始了对系外行星的研究？

约翰逊：那是在读博士期间选择方向的时候。之前我学的是物理学，而原来考虑的博士方向也是宇宙学，于是申请了物理学和天文学的博士课程，其中之一就是美国加州大学伯克利分校的天文学。

当时我对于天文学一无所知，就在当地超市里买了一本叫《天文学》的杂志，其中有杰夫里·马西教授和保罗·蒲脱勒博士撰写的文章。我在面试前的一个晚上读了起来，才知道我们已经发现了33颗系外行星，当时非常震惊。

第二天与马西教授见面，我问了一些非常初级的问题。教授亲切而有耐心地回答我这个系外行星门外汉的问题。

接下来，我就被系外行星这一有着科幻色彩的题目强烈地吸引住了。当时就想，说不定有一天就去做行星的研究了。

而且在这个领域里，有着各种各样的技术挑战，极具魅力。恒星的光度变化能暗示存在行星，换句话说就是行星的信号是非常弱的。所以，为了找到它们，必须开发具有开创性的新技术。如果进入这个尚未开拓的领域里的话，我所学习到的物理学和计算机科学的知识就能得到运用了。之后也像期待的那样，一面开发新的革命性的技术，一面写着有趣的计算机程序，同时也发现了很多的行星。

发现的小型行星的直径只有地球的57%

Newton：小型行星是非常难以发现的，那么这种发现的意义是什么呢？

约翰逊：首先，不只是科学家，很多的人们对于小型行星都有着强烈的兴趣。比地球还小的行星是由固体构成的，人类可能在上面着陆，并走到上面去探索，就像登上月球的宇航员所做的那样。在遥远的未来，人类可能就会在新发现的小型行星上走动。这不但是很多人的梦，也是我们研究行星的原动力。

在学术上，我认为这对于了解“行星是如何形成的”也有着很大的意义。因为大型行星可能也是从小型行星中演变来的。如果知道了相对大型行星的小型行星的数目，就有可能提供研究行星形成的线索。

对我来说，小型行星的探测是一个“非常棘手的挑战”，而且在这个领域，总会有“下一个山峰”，每天都是一个不断挑战的过程。而没有挑战的人生，对我来说是很无聊的。

包含最小的“开普勒42d”在内的5个地球尺寸的系外行星

Newton：实际上，你在2012年1月的时候报告了只有地球直径的57%的最小行星“开普勒42d”。这是在小于地球的行星“开普勒20e”刚被发现后的事情。

约翰逊：2012年1月的报告中，最小尺度的行星被称为“KOI-961.03”，它被NASA正式确认并命名为“开普勒42d”。下面，我说说这颗行星是怎样被发现的。

要想仔细地研究系外行星，必须先对其主星有深刻的了解。无论是什么样的行星观测技术，都要仔细地观测作为主星的恒星现象，从中推断出行星的特征。

比如说，开普勒团队的研究集中于类似太阳这样的恒星。这是他们的使命，就是寻找围绕类似太阳这样的恒星公转的类地行星。

但是，我们的研究团队并没有这样的局限。我们是以开普勒观测中最小的恒星“M型星”为目标的。有可能看到小型的M型星，在小型行星存在的影响下所发生的变化。

可以认为，M型星对于小型行星的探测会起到重要的作用。

Newton：所以，你的研究就是穷举那些适合观测小型行星的恒星了？

约翰逊：分析行星其实是分析恒星，从中寻找能够提示行星存在的现象。所以，要想正确地知道行星的直径、质量等性质，首先要正确地知道恒星的性质，这是非常重要的。

我们先是对开普勒卫星的M型星的数据进行了比起以往更加严谨的分析，在对所有恒星的再分析结束之后，改正了所有来自M型星的行星的解释。

经过这个过程我们留意到，来自M型星“KOI961”的行星信号非常有趣。仔细地调查之后，终于明白了它是三颗行星，而且都非常小。其中之一就是KOI961.03，也就是开普勒42d。

Newton：今后为了发现更多的小型行星，你们考虑要用什么样的方法？

约翰逊：有两种方法。一种是开发专门用于探测小型行星的设备。另一种方法是大量地研究出现信号的恒星，也就是瞄准非常近的距离上相对明亮的恒星。

在开普勒卫星的探测范围内，发现的很多行星都是比较遥远的。但是可以期待，开普勒卫星观测到的现象中也会在非常近的、极端明亮的恒星周围发生。

我们有一个叫“密涅瓦”（Minerva）的项目，采用的就是这两种方法。使用小型望远镜去观测明亮的恒星，为了测定这些恒星的光度变化（光的多普勒效应），我们正在开发小型的、高精度的、稳定的分光计。

Newton：以后的研究对象，将会瞄准什么样的行星系统？

约翰逊：我们将要探索小型的、地球尺度的行星，以及具有多颗行星的行星系统。对于有多颗行星密集存在的系统，因为行星之间的相互引力很强，凌星时会发生错位，如果从中能够详细地知道行星的质量和轨道信息的话，也许就能找到行星形成的线索。所以我认为，对于小质量的、拥有多颗行星的系统的研究，将会收获到非常多的信息。

而且不只是小型的行星，对于大型和中型行星，我们也将会去研究。我们感兴趣的对象变宽了，通常我们会根据涌现出的问题来决定方法和研究对象。

（本文发表于《科学世界》2013年第2期）