可观测Universe第70章 M1207b

2M1207b (系外行星) · 描述：首颗被直接成像的系外行星 · 身份：围绕褐矮星2M1207运行的行星质量伴星距离地球约170光年 · 关键事实：它的发现于2004年首次为我们提供了系外行星的直接视觉证据。

2M1207b：人类首张系外行星的“真容”（上篇） 深夜的天文台穹顶下望远镜的镜片正对着南天长蛇座的深处。

这里的星光照耀了170年才抵达地球却在2004年的某个冬夜被一台装有自适应光学系统的仪器捕捉到——画面中一颗暗弱的红外亮点正围绕着一颗更暗的褐矮星旋转。

这不是一次普通的观测而是人类第一次直接“看见”了系外行星的容貌。

它就是2M1207b一颗颠覆人类对行星认知的天体也是我们打开“系外行星可视化时代”的钥匙。

一、从“看不见”到“看得见”：系外行星探测的百年困境 在2004年之前人类对系外行星的认知全来自间接证据。

1995年米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布发现首颗围绕类太阳恒星的系外行星——飞马座51b。

它的质量是木星的0.5倍轨道周期仅4.2天像一颗“热木星”贴在恒星身边。

但科学家从未见过它的模样——飞马座51b离恒星太近恒星的光芒会淹没一切行星的信号只能通过“恒星摆动的径向速度”反推它的存在。

此后十年凌日法成为主流：当行星从恒星前方掠过会遮挡约1%的星光望远镜能捕捉到这细微的亮度下降。

2000年人类发现首颗凌日系外行星HD b它的直径是木星的1.3倍大气中含钠。

但凌日法的局限同样明显：只有行星轨道与地球视线平行时才能被发现且无法获取行星的“特写”。

更关键的是直接成像——这个最直观的探测方式长期被视为“不可能的任务”。

恒星的亮度比周围的行星高几个数量级：比如太阳的亮度是木星的1000倍是地球的100亿倍。

打个比方要在100米外看清一支蜡烛旁的萤火虫蜡烛的光会完全掩盖萤火虫的微光。

对于遥远的系外行星而言宿主恒星的眩光就是那支“蜡烛”行星则是“萤火虫”。

1. 直接成像的技术瓶颈：如何“屏蔽”恒星的眩光？ 要让行星从恒星的阴影中“走出来”必须解决两个问题： 一是“看得清”：大气湍流会让恒星的光线散射形成模糊的光斑（天文学家称为“ seeing ”）。

1990年代自适应光学系统（Adaptive Optics AO）的出现突破了这一障碍——它用高速变形镜实时纠正大气扰动将图像分辨率提升10-100倍。

比如欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）其NACO（NAOS-CONICA）仪器搭载的自适应光学系统能把恒星的像从“模糊的光团”压缩成“锐利的点”。

二是“遮得住”：即使纠正了大气扰动恒星的亮度仍会让行星的信号淹没在噪声中。

这时需要日冕仪（Coronagraph）——一种专门设计的遮光装置用相位掩模或遮光板挡住恒星的核心光线只让周围的“衍射光”通过。

日冕仪的名字来自太阳日冕的观测：太阳的亮度太高必须用遮光板挡住光球层的强光才能看到外层的日冕。

但把日冕仪用在系外行星探测上难度远超太阳观测：系外行星的距离更远、更暗宿主恒星的光线更难控制。

比如要让行星的亮度对比达到1000:1（相当于在太阳旁边看到木星）日冕仪必须将恒星的光线抑制到原来的1/1000以下。

2. 褐矮星：系外行星探测的“特殊靶标” 就在科学家攻克直接成像技术时一类特殊的宿主天体进入了视野——褐矮星（Brown Dwarf）。

褐矮星是“失败的恒星”：它的质量介于行星和恒星之间（约13-80倍木星质量）核心的温度和压力不足以引发氢核聚变（恒星的标志性反应）只能通过氘核聚变释放少量能量（持续约1000万年）。

因此褐矮星的亮度极低——一颗25倍木星质量的褐矮星距离170光年亮度仅为太阳的1/比很多行星还暗。

但正是这种“暗”让它成为直接成像的理想宿主：宿主越暗行星的相对亮度越高。

比如若褐矮星的亮度是太阳的1/那么围绕它的行星（亮度是褐矮星的1/1000）的总亮度对比会比围绕太阳的行星（亮度对比1/）高1000倍。

二、2M1207系统：一个“非典型”的恒星-行星组合 2M1207b的宿主天体是2M1207A——一颗位于长蛇座的褐矮星编号中的“2M”代表它来自“2微米全天巡天”（2MASS）“1207”是它在巡天中的坐标。

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