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系外行星搜尋方法，來看一種奇特而獨特的方法——即引力微透鏡。
一個發光的紅色星系(LRG)的哈勃圖像，引力扭曲了一個遙遠的藍色星系的光。圖片版權：ESA/Hubble & NASA
在過去的十年裡，對太陽系外行星的搜尋確實已經升溫。由於技術和方法的改進，已經觀測到的系外行星數量（截至2017年12月1日）已經在2710個恆星系統中搜尋到3710個，其中621個系統擁有多個行星。不幸的是，由於天文學家們不得不面對各種各樣的限制，絕大多數都是用間接方法發現的。
一種較為常用的間接探測系外行星的方法被稱為引力微透鏡。從本質上講，這種方法依賴於遙遠物體的引力來彎曲和聚焦來自恆星的光。當一顆行星經過恆星的前面，相對於觀察者(即構成一個軌道)時，光可以被測量，然後被用來確定行星的存在。
在這方面，引力微透鏡是引力透鏡的縮小版，在這裡：一個中間物體（像一個星系團）被用來聚焦來自位於其之外的星系或其他物體的光線。在這個方法中，監測恆星的亮度下降以表明系外行星的存在。
根據愛因斯坦的廣義相對論，引力使時空結構彎曲。這種效應會使物體的引力對光線產生扭曲或彎曲。它也可以作為透鏡，使光變得更集中，使遠處的物體(如恆星)看起來更明亮。只有當兩顆星幾乎完全對準觀察者(即位於另一個位置)的相對位置時，才會產生這種效應。
這些「透鏡事件」是短暫的，但也是豐富的，因為我們星系中的地球和恆星總是相對的移動。在過去的十年中，有一千多個這樣的事件被觀察到，並且通常持續幾天或幾周。事實上：這一效應被阿瑟·愛丁頓爵士在1919年使用，為廣義相對論提供了第一個驗證證據。
這發生在1919年5月29日的日食期間，愛丁頓和一個科學探險隊來到了位於西非海岸的普林西比島，拍攝了現在在太陽周圍地區可見的恆星的照片。這些照片證實了愛因斯坦的預測，即這些恆星的光線是如何在太陽的重力場作用下微微移動的。
這項技術最初是由天文學家Shude Mao和Bohdan Paczynski在1991年提出的，目的是為了尋找雙星的恆星。他們在1992年由安迪·古爾德和亞伯拉罕·勒布提出，作為探測系外行星的一種方法。這種方法在尋找行星向銀河系中心時是最有效的，因為銀河系的膨脹提供了大量的背景恆星。
引力微透鏡法優點：
微透鏡是唯一一種能在離地球很遠的地方發現行星的已知方法，並且能夠找到最小的系外行星。而徑向速度法在尋找距離地球100光年的行星時是有效的，而傳輸光度法可以探測到數百光年之外的行星，而微透鏡則可以發現數千光年以外的行星。
雖然大多數其他方法都有對較小的行星的探測傾向，但微透鏡法是探測大約1 - 10個天文單位(AU)附近的行星的最敏感的方法。這使得它在與徑向速度和傳輸方法相結合時特別有效，這可以證實系外行星的存在，也能準確估計行星的半徑和質量。
綜上所述，這些優點使得微透鏡成為尋找類地行星的最有效方法(單獨或與其他方法相結合)。此外微透鏡測量可以有效地安裝在地面設施上。像傳輸光度法一樣，微透鏡法的好處在於它可以用來同時測量成千上萬顆恆星。
引力微透鏡法缺點：
因為微透鏡事件是獨一無二的，不需要重複，任何使用這種方法探測到的行星都將不再被觀測到。此外，那些被發現的行星往往是非常遠的，這使得後續調查再觀察幾乎是不可能的。這使得微透鏡成為一種檢測系外行星候選者的好方法，但是對於確認候選者來說，這是一種非常糟糕的手段。
微透鏡的另一個問題是，當對行星的特性施加限制時，它會有相當大的誤差。例如：微透鏡測量只能對行星的距離產生粗略的估計，因此誤差很大。這意味著距離地球幾萬光年的行星會產生距離估計幾千光年的距離。
微透鏡也無法對行星的大小做出準確的估計，而質量估計則受制於鬆散的約束條件。軌道性質也很難確定，因為唯一可以直接用這種方法確定的軌道特徵是行星的當前半主軸。因此，行星的偏心軌道只能探測到它的一小部分軌道(當它離恆星很遠的時候)。
由於行星間質量比的結果，引力微透鏡效應增加，這意味著最容易探測到低質量恆星周圍的行星。這使得微透鏡在尋找低質量、m型(紅矮星)恆星周圍的巖石行星上起著有效的作用，但它卻限制了大質量恆星的有效性。最後，微透鏡依賴於罕見的隨機事件——一顆恆星恰好在另一顆恆星前面，就像從地球上看到的那樣——這使得探測變得既罕見又不可預測。
引力微透鏡觀測例子：
依賴於微透鏡方法的調查包括華沙大學的光學引力透鏡實驗(OGLE)。這個國際項目由該大學天文觀測站的主任Andrzej Udalski領導，在智利的Las Campanas使用1.3米的「華沙」望遠鏡，在銀河系周圍的100顆恆星周圍尋找微透鏡事件。
華沙大學的天文臺，用於進行OGLE項目。圖片版權：ogle.astrouw.edu.pl
此外紐西蘭和日本的研究人員之間進行的一項合作研究發現，在天體物理學(MOA)組中也有微透鏡效應。由名古屋大學的Yasushi Muraki教授領導，該小組使用微透鏡法對暗物質、外太陽系行星和南半球的恆星大氣進行觀測。
然後是探測透鏡異常網絡(行星)，它由分布在南半球的5個1米望遠鏡組成。在與RoboNet的合作中，這個項目能夠提供近連續的觀察，以觀察由與地球的質量一樣低的行星所引起的微透鏡事件。
要了解更多信息，請查閱美國宇航局關於太陽系外行星探索的網頁，行星協會的太陽系外行星頁面，以及美國宇航局/加州理工學院的系外行星檔案。
知識：科學無國界，博科園-科學科普
參考：NASA – 5 Ways to Find a Planet
Planetary Society – Microlensing
Wikipedia – Methods of Detecting Exoplanets
作者：Matt Williams
內容：「博科園」判定符合今主流科學
來自：Universe Today
編譯：中子星
審校：博科園
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