欢迎回到我们的系外行星搜寻方法，今天来看另一种广泛使用的、流行的系外行星探测方法，即径向速度(又称径向速度) 多普勒谱方法。在过去的十年里，对太阳系外行星的搜寻肯定已经升温了!由于仪器和方法的改进，被发现的系外行星数量(截至2017年12月1日)已经在2,780个恒星系统中达到3710个行星，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的限制，绝大多数已经被发现使用间接方法。
用径向速度法发现的比邻星b的印象图。图片：ESO/M. Kornmesser
当涉及到这些间接方法时，最流行和最有效的方法之一是径向速度法——也称为多普勒光谱法。这种方法依赖于观察光谱中的恒星来寻找“摆动”的迹象，在那里，恒星被发现正从地球向外移动。这一运动是由行星的存在引起的，它们对各自的太阳施加了引力。从本质上讲，径向速度的方法不在于寻找行星本身的迹象，而在于观察一颗恒星的运动迹象。这是通过使用一个光谱来测量恒星的谱线由于多普勒效应而移位的方式，即恒星的光是如何向光谱(红移/蓝移)的方！
描述径向速度的(也就是多普勒频移)方法。图片：Las Cumbres Observatory
这些变化表明恒星正在远离(红移)或转向(蓝移)地球。根据恒星的速度，天文学家可以确定行星或行星系统的存在。然而，恒星在其质心周围移动的速度，比行星要小得多，但却可以用今天的光谱仪来测量。在2012年之前，这种方法是探测系外行星最有效的方法，但后来被传输光度法取代。尽管如此，它仍然是一种非常有效的方法，而且常常与过境法结合在一起，以证实系外行星的存在，并限制它们的大小和质量。
优点：
径向速度法是第一个成功的系外行星探测方法，并且在附近(Proxima b和trappist – 1的7个行星)和遥远的恒星系统(corot – 7c)中发现了外行星的成功率很高。它的主要优点之一是它允许直接测量行星轨道的偏心度。径向速度信号是距离独立的，但需要一个高的信号-噪声比光谱来达到高精确度。因此，它通常用于寻找距离地球160光年范围内的恒星周围的低质量行星，但仍能探测到几千光年之外的气态巨行星。
径向速度技术能够探测到低质量恒星周围的行星，如m型(红矮星)。这是因为低质量的恒星更容易受到行星引力的影响，因为这样的恒星通常自转更慢(导致更清晰的谱线)。这使得径向速度方法非常有用，有两个原因。首先m型恒星是宇宙中最常见的恒星，在螺旋星系中占70%，椭圆星系中有90%的恒星。第二，最近的研究表明，低质量的m型恒星是最有可能找到陆地(即岩石)行星的地方。因此，径向速度法非常适合研究类似地球的行星，它们绕着红矮星的轨道运行(在它们各自的可居住区域内)。
另一个主要优点是径向速度法能够精确地限制行星的质量。尽管恒星的径向速度只能估计出行星的最小质量，但要分辨出行星自身的光谱线，就可以测量出行星的径向速度。这使得天文学家能够确定行星轨道的倾角，从而测量出行星的实际质量。这项技术也排除了假阳性，并提供了关于行星组成的数据。主要的问题是，只有当行星围绕着一颗相对明亮的恒星运行，并且行星反射或发出大量的光时，这种探测才有可能发生。
从2014年9月开始，每年的太阳系外行星发现数量，颜色表示探测方法-径向速度(蓝色)，传输(绿色)，定时(黄色)，直接成像(红色)，微透镜(橙色)。图片：Public domain
截至2017年12月，在所有系外行星发现中，有662项(包括候选项和已证实的发现)均采用径向速度法检测，几乎占总数的30%。
缺点：
径向速度法也有一些明显的缺点。对于初学者来说不可能同时用单台望远镜观测成百上千的恒星——正如通过传输光术所做的那样。此外，有时多普勒频谱仪也会产生假信号，特别是在多行星和多星系统中。这通常是由于磁场的存在和某些类型的恒星活动，但也可能是由于缺乏足够的数据，因为恒星一般不会持续观测。然而，通过将径向速度测量与另一种方法进行配对，可以减轻这些局限性，其中最流行和最有效的方法是传输光度法。
虽然区分恒星的光谱和行星的光谱可以为行星的质量提供更好的约束条件，但如果行星围绕着一颗相对明亮的恒星运行，而行星反射或发出大量的光，这通常是可能的。此外，行星具有高度倾斜的轨道(相对于观测者的视线)产生较小的可见摆动，因此很难被发现。最后，采用径向速度法与转口光度法进行配对，尤其为了确定后一种方法的检测结果。当这两种方法结合使用时，行星的存在不仅可以被证实，而且可以精确地估计出它的半径和真质量。
径向速度：
使用径向速度法的天文台包括欧洲南方天文台(ESO)La Silla天文台。该设备利用其3.6米望远镜进行外行星探测，该望远镜配备高精度径向速度行星探测器(HARPS)光谱仪。还有位于夏威夷Mauna Kei的凯克天文台的望远镜，它依靠高分辨率的光栅光谱仪(雇佣)光谱仪。法国南部的haute – provence天文台也使用了ELODIE光谱仪检测了51个Pegasi b，这是1995年发现的第一个“热木星”。2006年，ELODIE退役，由SOPHIE摄谱仪代替。
依靠径向速度法的太阳系外行星探测计划将会大大受益于计划于2019年部署的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)。一旦运行，这个任务将获得多普勒测量的恒星使用其先进的红外仪器，以确定外部行星的存在。其中一些将通过凌日外行星勘测卫星(TESS)确认，该卫星将于2018年发射。由于技术和方法的改进，近年来发现了系外行星的飞跃。随着数千颗系外行星的确认，焦点逐渐转向这些行星的特征，以便更多地了解它们的大气和表面条件。在未来的几十年里，部分由于部署了新的任务，预计将会有一些非常重大的发现！
参考：
NASA: Exoplanet Exploration – 5 Ways to Find an Exoplanet
The Planetary Society – Radial Velocity
Wikipedia – Methods of Detecting Exoplanets
Las Cumbras Observatory – Radial Velocity Method
ESO – the Radial Velocity Method for Finding 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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