恒星 如何寻找另一个地球
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每每凝视漆黑无垠的夜空，人们都会想知道：在某个地方，是否有另一个像我们这样的世界？借助我们和其他天文学家正在开发的新型传感器，我们可能会是第一代得到肯定答案的人，最快可能在今年找到关于另一个地球的最早线索。
到目前为止，天文学家已经发现了数千颗系外行星，其中约有24颗大小与地球大致相当，它们的轨道位于其恒星的“宜居带”内，那里的水可能以液态形式存在于表面，但是这些行星中没有像地球一样的岩石行星，也没有绕着太阳这样的恒星转。尽管如此，我们仍有充分的理由期待天文学家们能在银河系附近发现这样一颗行星。
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那么，为什么他们还没找到呢？我们可以用3个词来概括其中的困难：分辨率、对比度和质量。试想一下从几百光年以外的地方发现地球。你需要一台巨大的望远镜来分辨出距离太阳1.5亿公里（0.000016光年）的一个蓝色小点，而地球的亮度不到太阳的十亿分之一，因此在太阳的强光下它几乎无法辨别。
正因为如此，目前的天文台乃至正在建造的下一代太空望远镜，都无法拍到一张类似地球的系外行星的照片。即使可以实现这样的成像，我们也只能测量一颗系外行星的大小和轨道运行周期，无法测量它的质量。不知道质量，我们就无法确定它是像地球一样的岩石行星，还是像木星一样的气体行星。
因此，天文学家将首先利用光谱学来探测另一个地球，光谱学是20世纪90年代中期以来一直用于探测系外行星的一种手段。绕轨道运行的系外行星的引力会使它的恒星发生轻微的“摆动”，从而导致恒星光谱相应地发生轻微而缓慢的变化。对于一颗类地行星来说，这种摆动非常细微，以至于我们必须找到频移，测量落在硅探测器（位于一间超级稳定的真空室的中心）上的星光彩虹图案间几个原子的距离。
我们宾夕法尼亚州立大学的研究小组隶属于美国国家航空航天局（NASA）和美国国家科学基金会（NSF）资助的一个团队，我们制造了一台名为“多普勒光谱NN系外行星探索”（NEID）的仪器，将其部署在亚利桑那州，用于搜寻北半球天空。（NEID这个名字发音为“NOO-id”，源于一个美国印第安语单词，意为“去看”。）耶鲁大学的一个研究团队制造了第二种仪器，叫做极端精密光谱仪（EXPRES），它也将在亚利桑那州运行。与此同时，由日内瓦大学和欧洲南方天文台牵头的第三个研究团队正在智利调试一台名为“岩石系外行星和稳定光谱观测的中阶梯光谱仪”（ESPRESSO）的仪器，该仪器用于搜寻南半球天空。
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这3个小组正在以新颖的方式整合获得诺贝尔奖的技术，以创造出飞米级精度的尖端数字光谱仪。他们的共同目标是实现有史以来最精确的恒星运动测量。探索难以寻找的“地球2.0”的竞赛正在进行。
利用光谱学来发现系外行星引起的摆动是一个老办法，其基本原理也很容易理解。地球在巨大的轨道上围绕太阳运转时，它会把质量是它30多万倍的太阳拉入一个更小的“反轨道”，在这个轨道上，太阳的运动速度只有每秒10厘米，大约相当于一只箱龟的速度。
即使如此缓慢的运动也会导致太阳光波长发生偏移（不到十亿分之一），在它运动方向上向着更短、更蓝的波长移动，反方向上则向更长、更红的波长移动。系外行星也会导致其宿主恒星发出的光产生类似的多普勒频移。行星越重，多普勒频移越大，该行星更容易被探测到。
1992年，射电天文学家在观察名为“脉冲星”的奇怪物体时，利用它们发出的无线电信号的时间，推断它们是系外行星的宿主。1995年，日内瓦大学的米歇尔?马约尔（Michel Mayor）和迪迪埃?奎洛兹（Didier Queloz）利用普通恒星发出的光所产生的多普勒摆动来寻找绕轨道运行的同伴时，发现了一颗每4天绕着恒星飞马座51运行一次的巨大行星。
凭借这一意外发现，马约尔和奎洛兹获得了2019年诺贝尔物理学奖，同时打开了相关研究的大门。自那之后，人们利用“多普勒摆动”方法探测到了800多颗系外行星，它们几乎都比地球重。
到目前为止，几乎所有已知的、大小和质量与地球相当或更小的系外行星都是用不同技术发现的。这些行星绕轨道运行时，会偶然运行到其恒星与我们的望远镜之间，导致恒星的表观亮度在一段时间内略微变暗。天文学家将这种现象称之为“凌星”。通过凌星可以得出行星的直径，直径和摆动将揭示行星的质量和密度。
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