我們所在的─銀河系─神秘面紗(8)

太陽系外行星（簡稱系外行星；英語：extrasolar planet或exoplanet）泛指在太陽系以外的行星。自1990年代首次證實系外行星存在，截至2014年3月5日，已經被認定的系外行星總數為1078顆。這些行星分屬815個行星系，其中有179個多行星系。

歷史上天文學家一般相信在太陽系以外存在著其他行星，然而它們的普遍程度和性質則是一個謎。直至1990年代人類才首次確認系外行星的存在，而自2002年起每年都有超過20個新發現的系外行星。現時估計不少於10%類似太陽的恒星都有其行星。隨著系外行星的發現便令人引伸到它們當中是否存在外星生命的問題。

雖然已知的系外行星均附屬不同的行星系統，但亦有一些報告顯示可能存在一些不圍繞任何星體公轉，卻具有行星品質的物體（行星品質體）。因為國際天文聯會並未對這類天體是否屬於行星有所定義，而至今亦未證實這類天體存在，所以本文不會論及這類天體。

數項計畫中的太空任務已配備一些上述的偵測方法。在太空進行偵測可以得到更高的敏感度，因為避免了地球大氣層擾動影響，以及探測到不能穿透大氣層的紅外線。預期這些太空探測器可以偵測到和地球類似的行星。

歐洲航天局的對流旋轉和行星橫越計畫（COROT，COnvection ROtation and planetary Transits）以及美國國家航空航天局的開普勒計畫（Kepler Mission）均會使用淩日法。COROT可以偵測到略為大於地球的行星，而開普勒太空望遠鏡更有能力偵測到比地球更小的行星。預期開普勒太空望遠鏡亦有能力探測到小軌道大型行星的反光，但不足以構成影像；正如月球的月相一樣，這些反光會隨時間而增加或減少，分析這些資料甚至可以顯示其大氣內的物質分佈。透過這方法Kepler可以找到更多未被發現的系外行星。

美國國家航空航天局計畫在2014年發射的太空干涉任務將使用天體測量法在鄰近恒星之中尋找類似地球的行星。歐洲航天局的達爾文計畫（Darwin）探測器及美國國家航空航天局的類地行星發現者號（TPF，Terrestrial Planet Finder）則會嘗試直接拍攝系外行星的照片。行星。

2006年2月2日，美國國家航空航天局宣佈因為財政理由要無限期擱置TPF計畫；2006年6月，美國眾議院的撥款委員會恢復部分撥款，讓計畫最少可進行至2007年。12月27日，COROT衛星升空。美國的開普勒太空望遠鏡則預計在2008年11月發射。

有關係外行星仍有不少未解之謎，例如它們的詳細成分和衛星的普遍性。其實最有趣的問題之一是這些系外行星能否支持生命的存在。一些行星的確是處於生命適居的範圍內，條件可能和地球類似；這些行星大都是類似木星的巨型行星，若它們擁有大型的衛星便是最有機會孕育生命的地方。然而即使生命在宇宙間普遍存在，若他們並非有高度文明，以星際距離之遠實難以在可預見的時間內發現。

2014年，Kepler-186fNASA發現最像地球、適宜人類居住的行星。

NASA的開普勒太空望遠鏡（Kepler Space Telescope）最近在這樣的尋找工作中似乎有了突破性進展，研究人員發現了一顆體積近似地球，而繞恒星運行軌跡和距離也比較適宜人類居住的行星。研究人員將這顆最新發現可能適宜人類居住的行星稱作Kepler-186f。Kepler-186f位於天鵝座（Cygnus），離地球大約500光年的距離，應當算是迄今為止人類發現的真正與地球相似的行星了，其適於人類居住的各項指數在NASA的研究中都是最高的，結果自然是令科學家們大為歡欣鼓舞。

由於Kepler-186f的大小與地球相似，與其恒星間的距離也恰到好處，這也就大大增加了地表存在液態水的可能性。科學家Thomas Barclay表示：“Kepler-186f可以說是地球的表親，但和地球仍算不上雙胞胎。它在很多方面和地球都有相似之處。”他說，這顆行星雖然理論上似乎有適於居住的基礎，但可能相比地球，其表面更暗也更冷，確切溫度還得取決於其周圍的大氣。另一方面從其距離地球500光年的距離來看，以人類現有的科技，要趕往Kepler-186f恐怕也有些不現實——看樣子地球仍是宇宙中最大的奇跡啊。

5月出版的英國《自然》雜誌發表了一個新研究，天文學家們測量了太陽系外行星——繪架座βb的自轉速度。對這顆行星發出光所做的高解析度觀測顯示，其比太陽系中任何一顆行星自轉速度明顯都快，這顆行星上每天的長度大約只有8個小時。這一新的測量結果和我們太陽系中所觀測到的一個總體趨勢相符——旋轉速度會隨行星品質增加而增加。

恒星繪架座β被由塵埃和氣體組成的星周盤所圍繞，這讓它輻射出比一般同類恒星為多的紅外線。其溫度比太陽高，品質比太陽大，但相對於太陽45億年的歷史，這顆“年齡”約為1200萬年的恒星還非常的年輕。而繪架座βb是一顆在2008年被發現的氣態巨行星，正在繞繪架座β這顆離我們大約63光年的恒星旋轉。

此次，荷蘭萊頓大學伊格耐斯·斯耐倫和他的研究團隊，使用歐南天文臺于智利建造的甚大望遠鏡測量了在繪架座βb這顆行星大氣層中一氧化碳的吸收譜。他們發現，受到此顆行星自轉的影響，一氧化碳的吸收線會變寬，相當於這顆行星擁有每秒25千米的旋轉速度。把這顆行星的旋轉速度和其1.65倍於木星的半徑放在一起，就得出了自轉週期為8小時左右。

這一新的近紅外光譜的測量結果，繼續和一種在我們太陽系中也發現的總體趨勢相符，那就是行星品質越大，自轉越快。越大轉的越快這種關係本身，也會給繪架座βb這顆行星預測出更高的旋轉速度——大約每秒50千米，而目前觀測到其轉速則是每秒25千米。不過論文作者提醒到，這顆行星還很年輕、很溫暖。隨著時間流逝，它會逐漸的冷卻下來並且縮小，在這過程中其旋轉速度也會加快。

在2010年，美國國家地理網站公佈繪架座βb是當時已知的最年輕系外行星。按照星體模型顯示，此類行星要長到“成年”，一般需要1000萬年的進化歷程，此前最年輕的系外行星紀錄“年齡”也要有3500萬年。而繪架座βb儘管已完全成形，歷史卻僅數百萬年。

新華網洛杉磯2014年3月16日電訊：一個國際天文小組發表最新研究報告說，環繞太陽系外恒星HR8799運行的一顆行星大氣中含有水。新發現儘管並不表明這顆行星宜居，卻可以幫助人們進一步瞭解太陽系外行星的形成過程。

美國、加拿大天文學家借助夏威夷凱克天文臺的望遠鏡，使用新的觀測方法和資料分析處理技術對這顆行星進行了迄今最細緻的觀測，獲得其化學、引力及大氣等高解析度資料，並根據資料分析了其光譜特性。

研究結果顯示，這顆名為HR8799C的太陽系外行星大氣中含有水蒸氣和一氧化碳，但沒有甲烷。研究人員認為，通過分析其大氣成分可進一步瞭解行星系形成過程。

HR8799位於飛馬座，距地球約130光年。天文學家先後直接觀測到它的4顆行星，HR8799C是其中之一。這顆行星能以自己發射的光譜而被直接觀測，天文學家認為它是一顆巨大的氣態行星。

關於系外行星形成過程，天文學界一直存在爭論。一種觀點認為，先有一個行星內核，這個內核逐步吸積捕獲周邊氣體，緩慢積聚而成為行星；另一種觀點認為，行星形成來自引力的不穩定性，在這種情況中，行星內核及其大氣同時產生。

最新發現為內核吸積理論提供了有力論據。行星HR8799C與其恒星的距離相當於冥王星與太陽的距離，如此巨大的行星在離恒星遙遠的地方誕生，表明它依靠自己的內核吸積氣體。與之類似的是，太陽系中的氣態巨行星木星誕生在距太陽較遙遠的地方，而較小的岩石行星水星、火星和地球則距太陽較近。

宇宙微波背景輻射（又稱3K背景輻射）是一種充滿整個宇宙的電磁輻射。特徵和絕對溫標2.725K的黑體輻射相同。頻率屬於微波範圍。宇宙微波背景輻射產生於大爆炸後的三十萬年。大爆炸宇宙學說認為，發生大爆炸時，宇宙的溫度是極高的，之後慢慢降溫，到現在（約150億年後）大約還殘留著3K左右的熱輻射。

宙背景輻射是來自宇宙空間背景上的各向同性或者黑體形式和各向異性的微波輻射，也稱為微波背景輻射。二十世紀六十年代初，美國科學家彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進衛星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天線系統。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強度。為了降低噪音，他們甚至清除了天線上的鳥糞，但依然有消除不掉的背景雜訊。他們認為，這些來自宇宙的波長為7.35釐米的微波雜訊相當於3.5K。1965年，他們又訂正為3K，並將這一發現公諸於世，為此獲1978年諾貝爾物理學獎金。

微波背景輻射的最重要特徵是具有黑體輻射譜，在0.3釐米－75釐米波段，可以在地面上直接測到；在大於100釐米的射電波段，銀河系本身的超高頻輻射掩蓋了來自河外空間的輻射，因而不能直接測到；在小於0.3釐米波段，由於地球大氣輻射的干擾，要依靠氣球、火箭或衛星等空間探測手段才能測到。從0.054釐米直到數十釐米波段內的測量表明，背景輻射是溫度近於2.7K的黑體輻射，習慣稱為3K背景輻射。黑體譜現象表明，微波背景輻射是極大的時空範圍內的事件。因為只有通過輻射與物質之間的相互作用，才能形成黑體譜。

由於現今宇宙空間的物質密度極低，輻射與物質的相互作用極小，所以，我們今天觀測到的黑體譜必定起源於很久以前。微波背景輻射應具有比遙遠星系和射電源所能提供的更為古老的資訊。微波背景輻射的另一特徵是具有極高度的各向同性。這有兩方面的含義：首先是小尺度上的各向同性。在小到幾十弧分的範圍內，輻射強度的起伏小於0.2－0.3%；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各個不同方向，輻射強度的漲落小於0.3%。各向同性說明，在各個不同方向上，在各個相距非常遙遠的天區之間，應當存在過相互的聯繫。

948年，美國科學家阿爾弗(Ralph Alpher)和赫爾曼(Robert Herman)預言，宇宙大爆炸產生的殘系輻射，由於宇宙的膨脹和冷卻，如今它所具有的溫度約為絕對零度以上5開，或者說5K(絕對零度等於攝氏零下273.15度，即-273℃)。但是他們的預言並未引起人們的普遍重視。

但是多年以後，即1965年，美國新澤西州貝爾實驗室的兩位無線電工程師阿爾諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特·威爾遜(Robert Wilson)卻十分意外地發現了這種宇宙輻射場，當時他們正在為跟蹤一顆衛星而校準一具很靈敏的無線電天線。與此同時，在附近的普林斯頓大學，由羅伯特·迪克(Robert Dicke)領導的一個科學家小組已獨立地重新發現了阿爾弗和赫爾曼早先作過的預言，並著手設計一台探測器以供搜索大爆炸的殘留輻射。

他們聽說了貝爾實驗室這台接收器中存在著無法闡明的雜訊，並立即將它解釋為源自大爆炸的殘餘輻射。它相當於在電磁波譜的微波部分波長為7．35釐米的某種無線電波信號；如果假設它是熱輻射，那麼它所具有的能量就相應於2.7K的溫度--這與阿爾弗和赫爾曼富於靈感的估計非常接近。它被稱為"宇宙微波背景輻射"。宇宙微波背景輻射的存在，給大爆炸理論以有力的支持。

2010年12月有英國天文學家發表論文稱，他們發現了我們所在宇宙很久之前曾受到其他平行宇宙“擠壓”的證據。

英國倫敦大學物理與天文學學院的史蒂夫·菲尼和他的研究團隊在研究了宇宙微波背景輻射圖後得出了這一驚人結論。研究團隊稱，他們在圖中發現了四個由“宇宙摩擦”形成的圓形圖案，這表明我們的宇宙可能至少四次進入過其他宇宙。

宇宙背景輻射的發現在近代天文學上具有非常重要的意義，它給了大爆炸理論一個有力的證據，並且與類星體、脈衝星、星際有機分子一道，並稱為20世紀60年代天文學“四大發現”。彭齊亞斯和威爾遜也因發現了宇宙微波背景輻射而獲得1978年的諾貝爾物理學獎。

根據歐航局2009年發射的“普朗克”探測器在頭15個半月內收集的資料繪製而成，比美國航天局此前發射的宇宙背景探索者（COBE）衛星和威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）探測到的微波背景輻射更為精確，見證了宇宙誕生38萬年後的情形。

除了以前所未有的精確度很好地驗證了宇宙標準模型外，這幅圖還反映出一些與現有宇宙理論不同之處，修正了人們此前的認識。根據“普朗克”探測器收集的資料，科學家對宇宙的組成部分有了新的認識，宇宙中普通物質和暗物質的比例高於此前假設，而暗能量這股被認為是導致宇宙加速膨脹的神秘力量則比想像中少，占不到70%。

此外，反映宇宙膨脹率的哈勃常數也被修正至67.15公里/（秒·百萬秒差距），即一個星系與地球的距離每增加一百萬秒差距（一秒差距約為3．26光年），其遠離地球的速度每秒就增加67.15公里。這個資料意味著宇宙的年齡約為138.2億年。

目前為科學界所普遍接受的宇宙起源理論認為，宇宙誕生於距今約137億年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景輻射被認為是“大爆炸”的“餘燼”，均勻地分佈於整個宇宙空間。“大爆炸”之後的宇宙溫度極高，之後30多萬年，隨著宇宙膨脹，溫度逐漸降低，宇宙微波背景輻射正是在此期間產生的。

歐航局的“普朗克”探測器於2009年5月從法屬圭亞那庫魯航太中心升空入軌，其主要任務是探測宇宙微波背景輻射，幫助科學家研究早期宇宙形成和物質起源的奧秘。

2010年，歐航局根據“普朗克”探測器傳回的資料繪製了首幅宇宙全景圖，此次公佈的宇宙微波背景輻射全景圖是在宇宙全景圖的基礎上繪成的。

2013年3月歐洲航天局21日在其巴黎總部公佈了根據“普朗克”太空探測器傳回資料繪製的宇宙微波背景輻射圖，這幅迄今最精確的反映宇宙誕生初期情形的全景圖幾近完美地驗證了宇宙標準模型。