【博科园-科学科普】系外行星搜寻方法，来看一种奇特而独特的方法——即引力微透镜。
一个发光的红色星系(LRG)的哈勃图像，引力扭曲了一个遥远的蓝色星系的光。图片版权：ESA/Hubble & NASA
在过去的十年里，对太阳系外行星的搜寻确实已经升温。由于技术和方法的改进，已经观测到的系外行星数量（截至2017年12月1日）已经在2710个恒星系统中搜寻到3710个，其中621个系统拥有多个行星。不幸的是，由于天文学家们不得不面对各种各样的限制，绝大多数都是用间接方法发现的。
一种较为常用的间接探测系外行星的方法被称为引力微透镜。从本质上讲，这种方法依赖于遥远物体的引力来弯曲和聚焦来自恒星的光。当一颗行星经过恒星的前面，相对于观察者(即构成一个轨道)时，光可以被测量，然后被用来确定行星的存在。
在这方面，引力微透镜是引力透镜的缩小版，在这里：一个中间物体（像一个星系团）被用来聚焦来自位于其之外的星系或其他物体的光线。在这个方法中，监测恒星的亮度下降以表明系外行星的存在。
根据爱因斯坦的广义相对论，引力使时空结构弯曲。这种效应会使物体的引力对光线产生扭曲或弯曲。它也可以作为透镜，使光变得更集中，使远处的物体(如恒星)看起来更明亮。只有当两颗星几乎完全对准观察者(即位于另一个位置)的相对位置时，才会产生这种效应。
这些“透镜事件”是短暂的，但也是丰富的，因为我们星系中的地球和恒星总是相对的移动。在过去的十年中，有一千多个这样的事件被观察到，并且通常持续几天或几周。事实上：这一效应被阿瑟·爱丁顿爵士在1919年使用，为广义相对论提供了第一个验证证据。
这发生在1919年5月29日的日食期间，爱丁顿和一个科学探险队来到了位于西非海岸的普林西比岛，拍摄了现在在太阳周围地区可见的恒星的照片。这些照片证实了爱因斯坦的预测，即这些恒星的光线是如何在太阳的重力场作用下微微移动的。
这项技术最初是由天文学家Shude Mao和Bohdan Paczynski在1991年提出的，目的是为了寻找双星的恒星。他们在1992年由安迪·古尔德和亚伯拉罕·勒布提出，作为探测系外行星的一种方法。这种方法在寻找行星向银河系中心时是最有效的，因为银河系的膨胀提供了大量的背景恒星。
引力微透镜法优点：
微透镜是唯一一种能在离地球很远的地方发现行星的已知方法，并且能够找到最小的系外行星。而径向速度法在寻找距离地球100光年的行星时是有效的，而传输光度法可以探测到数百光年之外的行星，而微透镜则可以发现数千光年以外的行星。
虽然大多数其他方法都有对较小的行星的探测倾向，但微透镜法是探测大约1 - 10个天文单位(AU)附近的行星的最敏感的方法。这使得它在与径向速度和传输方法相结合时特别有效，这可以证实系外行星的存在，也能准确估计行星的半径和质量。
综上所述，这些优点使得微透镜成为寻找类地行星的最有效方法(单独或与其他方法相结合)。此外微透镜测量可以有效地安装在地面设施上。像传输光度法一样，微透镜法的好处在于它可以用来同时测量成千上万颗恒星。
引力微透镜法缺点：
因为微透镜事件是独一无二的，不需要重复，任何使用这种方法探测到的行星都将不再被观测到。此外，那些被发现的行星往往是非常远的，这使得后续调查再观察几乎是不可能的。这使得微透镜成为一种检测系外行星候选者的好方法，但是对于确认候选者来说，这是一种非常糟糕的手段。
微透镜的另一个问题是，当对行星的特性施加限制时，它会有相当大的误差。例如：微透镜测量只能对行星的距离产生粗略的估计，因此误差很大。这意味着距离地球几万光年的行星会产生距离估计几千光年的距离。
微透镜也无法对行星的大小做出准确的估计，而质量估计则受制于松散的约束条件。轨道性质也很难确定，因为唯一可以直接用这种方法确定的轨道特征是行星的当前半主轴。因此，行星的偏心轨道只能探测到它的一小部分轨道(当它离恒星很远的时候)。
由于行星间质量比的结果，引力微透镜效应增加，这意味着最容易探测到低质量恒星周围的行星。这使得微透镜在寻找低质量、m型(红矮星)恒星周围的岩石行星上起着有效的作用，但它却限制了大质量恒星的有效性。最后，微透镜依赖于罕见的随机事件——一颗恒星恰好在另一颗恒星前面，就像从地球上看到的那样——这使得探测变得既罕见又不可预测。
引力微透镜观测例子：
依赖于微透镜方法的调查包括华沙大学的光学引力透镜实验(OGLE)。这个国际项目由该大学天文观测站的主任Andrzej Udalski领导，在智利的Las Campanas使用1.3米的“华沙”望远镜，在银河系周围的100颗恒星周围寻找微透镜事件。
华沙大学的天文台，用于进行OGLE项目。图片版权：ogle.astrouw.edu.pl
此外新西兰和日本的研究人员之间进行的一项合作研究发现，在天体物理学(MOA)组中也有微透镜效应。由名古屋大学的Yasushi Muraki教授领导，该小组使用微透镜法对暗物质、外太阳系行星和南半球的恒星大气进行观测。
然后是探测透镜异常网络(行星)，它由分布在南半球的5个1米望远镜组成。在与RoboNet的合作中，这个项目能够提供近连续的观察，以观察由与地球的质量一样低的行星所引起的微透镜事件。
要了解更多信息，请查阅美国宇航局关于太阳系外行星探索的网页，行星协会的太阳系外行星页面，以及美国宇航局/加州理工学院的系外行星档案。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：NASA – 5 Ways to Find a Planet
Planetary Society – Microlensing
Wikipedia – Methods of Detecting Exoplanets
作者：Matt Williams
内容：“博科园”判定符合今主流科学
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
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