2.凌星法

图5-10 2012年金星凌日

在地面上，有时我们会遇到日全食，也就是月亮经过太阳前方，挡住了太阳光，天会暗下来。偶尔我们能够观察到水星或金星从太阳面前掠过，这种现象叫“凌日”。如图5-10所示，这是发生在2012年6月6日的金星凌日，照片中记录了金星移动的位置，显示出它的凌日路径。同样地，当太阳系外一颗行星经过地球观察者和它绕行的恒星之间时，它也会阻挡该恒星的一些光线。在这段时间内，恒星变得暗淡一点。这种亮度的变化很微小，但它足以让天文学家知道一颗遥远恒星周围存在行星。

图5-11 行星凌星时恒星的亮度变化曲线

系外行星从宿主恒星面前通过时，恒星的视亮度会发生变化（图5-11），科学家以此搜寻系外行星，这种方法叫作凌星法（Transit），后来用这种方法探测到了大量系外行星。

行星凌星时，恒星亮度减弱的程度是很小的，凌星发生时一颗木星大小的行星会使主星的亮度降低约1%，而地球大小的行星会使主星亮度下降约0.01%。不过，现在的测光精度已经非常高，足以发现比地球更小的系外行星。图5-12显示的是超级地球GJ 1214 b凌星时的恒星亮度变化曲线。GJ 1214 b是第一颗被发现有大气层的超级地球，质量大约是地球的6倍，其内部很可能主要由水冰组成，围绕着一颗距离我们只有48光年的小恒星公转。最新的研究表明，这颗行星很可能是一个“水世界”——表面全是海洋。

行星凌星现象只有在恒星、行星、地球排成一条线时才能观测到。系外行星经过地球和主星之间的概率很小，而且轨道越大概率越小。大约有10%的小轨道行星有这样的机会，比例随着轨道的增大而降低。对于在1天文单位距离上绕着太阳大小恒星的行星，能够对齐而发生凌星的机会只有0.47%。即便如此，只要能够同时观测大量恒星的亮度变化，依然可以发现很多系外行星。

图5-12 系外行星GJ 1214 b凌星时的恒星亮度变化曲线

凌星时恒星亮度下降的程度和持续时长可以告诉我们很多关于凌星行星的信息。更大的行星阻挡更多的光线，因此它们会产生更深的亮度变化曲线。此外，一颗行星离得越远，它的轨道周期越长，经过恒星前方所需的时间越长。因此，可以从凌星事件持续的时长，推算出行星到主星的距离。如果有多颗行星掠过一颗恒星，亮度变化曲线会变得比较复杂，不过天文学家仍然有办法从中分析出每颗行星的特征。

凌日法不仅对寻找行星很管用，还可以为我们提供有关行星大气成分或温度的信息。当系外行星经过其恒星前方时，一些星光会穿过其大气层。科学家可以分析这种光的颜色（光谱），以获得有关其成分的宝贵线索。使用这种方法，天文学家已经在其他星球上发现了甲烷、水蒸气等物质。

凌星法在寻找新的系外行星方面取得了惊人的成功，迄今为止，76%的系外行星是用这种方法搜寻到的。美国宇航局的开普勒任务从2009年开始使用凌星法寻找行星，发现了数千颗系外行星，为天文学家提供了有关系外行星在银河系中分布的重要信息。开普勒任务的后继者苔丝（TESS），同样使用凌星法搜寻系外行星。