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今天，兩組研究人員（他們正在尋找太陽系外行星，即圍繞我們太陽以外的恆星執行的行星）宣佈了一項天文學裡程碑：直接拍攝到太陽系外行星，而不是透過它們對母恆星的影響推斷它們的存在。
一個由加州大學伯克利分校天文學家保羅·卡拉斯領導的團隊使用哈勃太空望遠鏡的可見光觀測，探測到一顆行星候選者，它圍繞著北落師門星執行，這是一顆距離地球25光年的恆星，位於南魚座。另一個團隊由不列顛哥倫比亞省維多利亞市赫茨伯格天體物理研究所的天文學家克里斯蒂安·馬洛伊斯領導，他們使用紅外成像技術拍攝了圍繞HR 8799執行的一個由三顆行星組成的星系，HR 8799是一顆距離地球近130光年的恆星。（馬洛伊斯也是卡拉斯團隊的成員。）兩個團隊今天都在《科學》雜誌上線上報告了他們的發現。
在其他300多顆已知系外行星中，所有行星都是透過它們對母恆星的影響間接探測到的——要麼是物體軌道引起的擺動，要麼是行星從恆星前方經過時檢測到的來自恆星的光線減少。其他被拍攝到的物體質量太大，無法最終被標記為行星，而是歸為褐矮星類別（大小約為木星的8到80倍的物體，它們缺乏足夠的質量來點燃核心中的氫聚變，因此永遠不會成為真正的恆星）；或者被發現它們自身圍繞褐矮星而不是恆星執行；或者尚未被證明與恆星有引力束縛。
“最終，我們現在有了單獨的影像，你可以在影像中看到，真正看到行星，”美國宇航局艾姆斯研究中心的天文學家馬克·馬利說，他沒有參與這項研究，但為《科學》雜誌撰寫了一篇文章，總結和分析了這些團隊的研究成果。（馬利以該領域科學家的身份為SciAm.com評論，而不是作為美國宇航局的代表。）“我一直在使用一個類比，”他說，“這就像你在一棟公寓樓裡，你可以透過牆壁聽到隔壁公寓裡的人的聲音，所以你知道他們在那裡，但現在你打開了門，你可以看到他們了。”
卡拉斯和他的兩位合著者，加州大學伯克利分校的天文學教授詹姆斯·格雷厄姆和位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體物理學家馬克·克拉姆平，在2005年提出，基於環繞恆星的塵埃盤，北落師門星的軌道上應該存在行星大小的物體。“當時我們假設應該有一顆行星在塑造這個環，”卡拉斯說。透過檢視2004年和2006年的哈勃影像，卡拉斯和他的同事們能夠追蹤到環內的斑點，被稱為北落師門b，它似乎正在繞恆星執行。
“當你觀察北落師門b時，它的位置與我們預期在塵埃環內部發現行星的位置一致，並且它顯示出軌道運動——這也很令人鼓舞，”他說。“如果這個塵埃斑點在2004年到2006年之間朝著不同的方向移動，我們就不會相信它與北落師門星有關聯。”
北落師門b因其體積小而意義重大，估計其質量介於海王星和木星質量的三倍之間，這將使其完全處於行星的範疇。質量大於約13個木星質量的物體被認為是小褐矮星，而不是大行星。“北落師門b的質量上限是前所未有的，”卡拉斯說。“我們的質量上限明確排除了北落師門b是褐矮星或恆星的可能性。”他說，這顆行星“不可能超過三個木星質量”，因為質量更大的物體會清除其引力範圍內的碎片，這意味著塵埃帶必須比現在更遠。
馬利指出，卡拉斯和他的同事們從哈勃望遠鏡在兩種不同的波長下看到了這顆系外行星，但從地面觀測它的嘗試失敗了。因此，他們缺乏描述該物體的資料點，因此仍然不得不對其進行一些推斷。
“如果你看看其他的系外行星發現，或者我應該說，透過地面觀測發現的其他候選系外行星，它們與恆星之間的對比度是10,000或100,000倍，”卡拉斯說。“北落師門b和中心恆星之間的對比度是1億倍。在可見光波長下，這是不可能從地面獲得的。“我們的選擇相當嚴格和保守。那裡可能有一些斑點也是行星，但我們尚未能夠證實它們是行星。北落師門b是經過最嚴格測試的。”
馬洛伊斯和他的團隊使用地面紅外探測技術，尋找圍繞附近年輕大質量恆星的系外行星——這些恆星的行星將具有寬闊的軌道，並在它們從數百萬年前相對較近的誕生中冷卻下來時，釋放出大量的輻射。在將大約80顆候選恆星縮小到20顆具有紅外過量（表明存在軌道塵埃）的“非常非常有趣”的恆星後，研究人員選定了一顆特別有吸引力的恆星。
馬洛伊斯說：“對於HR 8799，紅外過量與大約80個天文單位的軌道塵埃一致”，大約是地球到太陽距離的80倍（74億英里，或119億公里）。“這通常是行星形成的跡象，是行星形成的殘留物。所以這通常是一個非常好的跡象。”
透過比較2004年、2007年和今年各種望遠鏡捕獲的資料，馬洛伊斯的研究小組選擇了三個物體，據估計它們都低於褐矮星閾值，圍繞HR 8799執行。“這些是多行星系統的第一批影像，但這些也是首次探測到與我們太陽系外行星分離距離相似的行星，”馬洛伊斯說。HR 8799周圍最內側的系外行星的軌道將使其位於我們太陽系的天王星和海王星之間。（相比之下，北落師門b的軌道距離HR 8799周圍最遠的行星幾乎是其兩倍，儘管它是圍繞一顆更大的恆星執行。）
馬利說：“開普勒本人會將這些識別為行星，”他指的是德國天文學家約翰內斯·開普勒，他在17世紀正式確定了他的行星運動定律。“你可以看到行星在接近圓形軌道上執行，你可以看到它們在移動，而且這個系統也有一個塵埃盤，正如人們現在認為我們自己的太陽系在海王星軌道之外也有一個塵埃盤一樣。”
馬利承認，這些物體的確切質量可能會受到質疑，甚至可能將其中兩個物體的質量推入褐矮星的範疇，但鑑於這項發現的重要性，他不認為這種不確定性是一個決定性因素。
來自兩個研究小組的對這些物體的進一步表徵將增強天文學家對恆星和行星形成的理解。為了實現這一目標，卡拉斯正在等待哈勃太空望遠鏡成像光譜儀的修復，該光譜儀在2004年發生故障，以便更詳細地觀察北落師門b。哈勃望遠鏡還可以在明年拍攝這顆系外行星沿其預測軌道路徑更遠位置的照片，從而幫助確認其行星地位。至於馬洛伊斯，他說，“實際上還有兩個我們正在追蹤的物體”圍繞著另一顆恆星。“我們不確定這些是背景物體還是行星，所以我們將在明年夏天確認這些。”
更新：點選此處收聽關於系外行星發現的播客。