TESS"開(kāi)卷考試"翻出1萬(wàn)顆新行星，但宜居？想多了

天文學(xué)家手里有個(gè)賬本：截至上個(gè)月，人類(lèi)確認(rèn)過(guò)的系外行星數(shù)量是——6297顆。不是約數(shù)，是精確到個(gè)位數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

現(xiàn)在有人往這個(gè)賬本上拍了張新清單，數(shù)字是10091。一個(gè)1，后面四個(gè)0，再加個(gè)91的零頭。如果這批候選行星最終通過(guò)驗(yàn)證，人類(lèi)已知的行星數(shù)量將直接翻三倍。

這批發(fā)現(xiàn)來(lái)自一個(gè)叫T16的項(xiàng)目。他們沒(méi)發(fā)射新望遠(yuǎn)鏡，而是把NASA的TESS衛(wèi)星（凌日系外行星巡天衛(wèi)星）2018年第一年的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，用新方法重新篩了一遍。結(jié)果篩出了1.1萬(wàn)多個(gè)信號(hào)，去掉已知的、去掉只出現(xiàn)過(guò)一次的，剩下這1萬(wàn)顆"可能真的存在"的行星候選者。

這事有意思的地方在于：TESS還在天上正常工作，數(shù)據(jù)也公開(kāi)了快七年，為什么現(xiàn)在還能翻出這么多新東西？

把亮度門(mén)檻調(diào)低16倍，能看到什么

TESS找行星的方法叫"凌日法"——行星從恒星面前經(jīng)過(guò)時(shí)，恒星亮度會(huì)微微變暗，望遠(yuǎn)鏡捕捉到這種周期性閃爍，就能推斷行星存在。但恒星本身有光變，儀器有噪聲，恒星表面還有黑子活動(dòng)，這些都會(huì)制造假信號(hào)。

所以天文學(xué)家有個(gè)鐵規(guī)矩：必須看到至少三次亮度下降，才能初步認(rèn)定是行星。一次可能是彗星亂入，兩次可能是數(shù)據(jù)巧合，三次以上才值得跟進(jìn)。

T16項(xiàng)目的做法是：把搜索目標(biāo)擴(kuò)展到比TESS常規(guī)極限暗16倍的恒星。暗星的光變信號(hào)更弱，以前被當(dāng)作噪聲過(guò)濾掉了。但項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套新分析流程，能從更嘈雜的數(shù)據(jù)里提取規(guī)律。

他們分析了5400萬(wàn)顆恒星的光變曲線(xiàn)——不是"觀(guān)測(cè)了"5400萬(wàn)顆，是"分析了"這么多。TESS的視場(chǎng)很大，但單個(gè)像素里可能擠著好幾顆星，分離它們的信號(hào)需要復(fù)雜的算法。T16項(xiàng)目做的就是這件事：把以前混在一起的信號(hào)拆開(kāi)，把以前太暗而放棄的信號(hào)撈回來(lái)。

結(jié)果：11554個(gè)候選信號(hào)。其中1052個(gè)是已知行星，411個(gè)只有單次凌日記錄，剩下10091個(gè)是全新的、至少有三次凌日記錄的候選者。

這個(gè)數(shù)字超過(guò)了NASA開(kāi)普勒任務(wù)及其后續(xù)K2任務(wù)的總發(fā)現(xiàn)量，也超過(guò)TESS此前所有待確認(rèn)候選者的兩倍。論文將發(fā)表在《天體物理學(xué)報(bào)增刊》。

但有個(gè)壞消息：它們很可能都不宜居

這1萬(wàn)顆候選行星有個(gè)共同特征：公轉(zhuǎn)周期極短，從12小時(shí)到27天不等。作為對(duì)比，水星繞太陽(yáng)一圈要88天。

軌道這么近，意味著它們離恒星很近。TESS觀(guān)測(cè)的恒星大多比太陽(yáng)小、比太陽(yáng)冷，但再冷的恒星，貼臉烤也是烤。這些行星的表面溫度大概率遠(yuǎn)超生命耐受范圍。

天文學(xué)家Phil Plait在通訊里寫(xiě)得很直白："大部分新候選者應(yīng)該都是真實(shí)存在的行星，但別指望它們宜居。"

這不是T16的缺陷，是凌日法的天然偏向。行星軌道越近，凌日頻率越高，越容易被捕捉到三次以上的信號(hào)。軌道遠(yuǎn)的行星，可能幾年才凌日一次，TESS運(yùn)行至今都攢不夠三次觀(guān)測(cè)。所以凌日法天生擅長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)"熱木星"和"熱海王星"——體積大、離恒星近、公轉(zhuǎn)快的氣態(tài)巨行星或冰巨星。

真正像地球這樣軌道適中、溫度溫和的巖石行星，凌日信號(hào)弱（體積小擋光少）、周期長(zhǎng)（幾年才有一次凌日），反而是最難發(fā)現(xiàn)的類(lèi)型。

驗(yàn)證一顆行星，比發(fā)現(xiàn)它難多了

T16團(tuán)隊(duì)用另一種方法確認(rèn)了其中一顆候選者：TIC 183374187。這次沒(méi)用凌日法，而是測(cè)量恒星受到的引力擾動(dòng)——行星公轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)對(duì)恒星產(chǎn)生微小牽引，導(dǎo)致恒星光譜出現(xiàn)周期性藍(lán)移和紅移。這種方法叫"徑向速度法"，能直接測(cè)量行星質(zhì)量，但設(shè)備要求高、觀(guān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。

這顆行星被證實(shí)是顆"熱木星"：體積略大于木星，表面溫度很高。它成了T16項(xiàng)目第一個(gè)"轉(zhuǎn)正"的候選者。

剩下的10090顆還在排隊(duì)等待驗(yàn)證。凌日法給出的是"候選者"，要變成"確認(rèn)行星"，通常需要第二種獨(dú)立方法的交叉驗(yàn)證。但暗星的徑向速度信號(hào)極弱，地面望遠(yuǎn)鏡跟進(jìn)的難度很大。

Phil Plait的評(píng)論很能代表學(xué)界態(tài)度：天文學(xué)家對(duì)這類(lèi)大規(guī)模候選清單向來(lái)保守，需要反復(fù)檢驗(yàn)分析流程是否可靠。但他也承認(rèn)，T16的方法看起來(lái)是扎實(shí)的，"我愿意打賭，這些新候選者里大多數(shù)確實(shí)是真行星"。

注意這個(gè)措辭——"愿意打賭""大多數(shù)""確實(shí)是"。不是"已證實(shí)"，不是"毫無(wú)疑問(wèn)"。在系外行星領(lǐng)域，候選者批量出現(xiàn)、批量消失是常態(tài)。開(kāi)普勒任務(wù)曾發(fā)布過(guò)數(shù)千顆候選者，最終確認(rèn)率大約九成，但剩下的那一成假陽(yáng)性，往往要到多年后才被識(shí)別出來(lái)。

這件事的真正價(jià)值：不是數(shù)字，是方法

1萬(wàn)顆新行星候選者，聽(tīng)起來(lái)像天文數(shù)字。但放在銀河系尺度上，這只是滄海一粟。銀河系可能有數(shù)千億顆行星，人類(lèi)確認(rèn)過(guò)的六千多顆，連樣本都算不上。

T16項(xiàng)目的意義不在于"又找到一批"，而在于證明舊數(shù)據(jù)還有新挖法。TESS的設(shè)計(jì)壽命兩年，現(xiàn)在已經(jīng)超期服役到第七年。但它早期觀(guān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)，用今天的算法重新處理，還能榨出這么多新信息。這意味著其他巡天項(xiàng)目——開(kāi)普勒的存檔、地面望遠(yuǎn)鏡的歷史數(shù)據(jù)——可能都還有類(lèi)似的潛力。

更深一層：系外行星研究正在從"發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)"轉(zhuǎn)向"統(tǒng)計(jì)驅(qū)動(dòng)"。早期目標(biāo)是找到盡可能多的行星，現(xiàn)在的問(wèn)題是，不同類(lèi)型的行星在宇宙中各占多少比例？宜居帶行星出現(xiàn)的頻率有多高？這些問(wèn)題的答案，需要大樣本、均勻的統(tǒng)計(jì)，而不是少數(shù)幾顆明星行星的詳細(xì)研究。

T16的1萬(wàn)顆候選者，即便最終確認(rèn)率只有一半，也將顯著改變我們對(duì)"行星有多常見(jiàn)"的認(rèn)知。特別是那些圍繞暗星運(yùn)行的行星——以前幾乎被忽略的領(lǐng)域——現(xiàn)在突然有了大量樣本。

至于宜居行星？還得再等等。下一代望遠(yuǎn)鏡，比如南希·格雷斯·羅曼空間望遠(yuǎn)鏡，計(jì)劃用微引力透鏡法搜索更遠(yuǎn)的冷行星；地面上的極大望遠(yuǎn)鏡則試圖直接拍攝行星的光點(diǎn)。這些方法都比凌日法更難，但能找到凌日法永遠(yuǎn)漏掉的那些"地球表親"。

所以當(dāng)下這個(gè)1萬(wàn)顆的清單，你可以把它理解為一次"開(kāi)卷考試"的成果——題目早就公開(kāi)了，但有人找到了新的解題思路。答案本身或許不夠驚喜，但解題思路值得記下來(lái)。畢竟，TESS的數(shù)據(jù)庫(kù)里還有好幾年的觀(guān)測(cè)沒(méi)這么篩過(guò)呢。