颠覆研究基础的经历

── 艾达教授擅长的系外行星^*2，TRAPPIST-1^*3周围发现了7颗行星。

艾达──引力波已经存在很长时间了，或者更确切地说，我们已经很久没有看到它们了，感觉就像我们终于发现了它们一样。然而，系外行星的发现，也就是我的专业领域，却是20世纪末“突然发现”的事情。没有人预料到会发现一颗系外行星，研究人员一直在非常缓慢地研究它，但突然它引起了很多关注。因此，尽管这两个发现是在同一个天文领域做出的，但它们的气氛却截然不同。

近年来系外行星的情况是从木星这样的巨行星的发现开始的，但随着精度的逐渐提高，更小的行星也被发现了。地球大小的行星已经被发现，但其中一些地方距离恒星恰到好处，温度适宜，并且表面可能有海洋（宜居带）。^*4)中行星的发现最近才开始。仅仅几年前，人们才开始现实地讨论那里可能存在某种生物的可能性。

2017 年 2 月发现的 TRAPPIST-1 恒星系七颗行星的插图
人们认为内六颗行星是由与地球相同的岩石材料构成的。
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黑田──什么时候、什么原因让您决定从事系外行星研究？

艾达──我最初获得了地球物理学博士学位，研究太阳系和地球是如何形成的。然而，我有机会去加州大学进行一年左右的联合研究，到了一个月后，突然发现了一颗系外行星，所以大家都很兴奋，决定转去那里。那是在 1995 年。“热木星”靠近一颗恒星运行^*5的巨大行星。

热木星和在恒星附近运行的类木星气体行星的插图
按照太阳系的标准，恒星附近区域的物质较少，因此存在像地球这样相对较小的岩石行星。在远离恒星的区域，冰凝结并且存在大量物质，形成巨大的行星。由于行星强大的引力，周围的气体也流入，形成了像木星这样的气体行星。这是一个颠覆传统观念的新发现。
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此后，越来越多的物体被发现其结构与太阳系完全不同。在那之前，我一直认为太阳系的形状是一个相对不可避免的形状，但现在感觉它真的已经从它的基础上被翻转了。然而，由于这次经历，我能够设定一个新的目标：创建一个以统一方式解释它们的模型。

黑田──过去，我们可以根据太阳系当前的形状来了解宇宙的形状，但通过了解太阳系外的系外行星和系统，我们能够突破传统观念并思考：“这就是收敛的存在方式！”

艾达──是的。现实中发现的很多东西是任何人都无法想象的，不仅仅是学者、科幻作家、画科幻漫画的人。有些类木行星像彗星一样沿着椭圆轨道运行，有些行星的公转方向与恒星的自转方向相反。系外行星的发现让每个人都想：“哇！”

最后，我们意识到我们什么都不知道，所以我们开始觉得我们应该拿起任何想法并思考它，因为乍一看似乎很愚蠢的事情可能有一些道理。不管别人说了什么离谱的话，没有人会嘲笑或否认。我们进行学术研究的方式已经完全改变。

我们的目标不再是像以前那样寻找与我们太阳系类似的东西。尽管很难解决问题，但我得到了越来越多的输入，所以我决定尝试根据这些输入创建一个新的研究领域。

现有技术积累已全面开花

黑田──可以使用可见光找到系外行星吗？

艾达──有很多方法可以做到这一点，但其中一种是使用可见光。这颗行星本身很难看到，所以你可以看到中心的恒星随着行星的轨道而晃动。多普勒效应^*6的变化而变化。当时的斯巴鲁望远镜^*7''这样的大型望远镜会派上用场。

海拔4200米的夏威夷岛莫纳克亚山山顶的大型光学红外望远镜，左起：日本国家天文台夏威夷天文台（绰号斯巴鲁望远镜）、美国两台凯克望远镜、IRTF望远镜
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黑田──当我听到在宜居带发现了一颗系外行星的消息时，我真的很惊讶。我想我比普通人更清楚找到行星是多么困难，这与寻找恒星不同。

艾达──占领行星本身仍然很困难。中心恒星的亮度和行星的亮度之间的亮度比可以相差十亿倍，所以即使你尝试正常观察行星，恒星也会太亮，你将无法看到它。然而，随着技术的积累，人们设计出了各种观察方法。

1995年发现的第一颗系外行星的观测方法是利用多普勒效应来研究中心恒星的微小运动，中心恒星也会画一个小圆圈作为对行星轨道的反应。现在可以检测每秒 1 米以下的运动。我们已经达到了甚至可以检测人类行走速度的阶段。

还有另一种方法可以看到行星穿过恒星的阴影。如果它的大小与地球相当，我们会检测到恒星直径的 1/10,000 左右的轻微变暗，并想，“哦，有东西刚刚经过。”

还有引力透镜^*8来发现它当另一颗恒星经过一颗遥远恒星的前方时，由于引力透镜效应，来自其后面恒星的光会暂时变得更亮。如果一颗经过的恒星周围有行星，那么中心恒星引起的引力透镜效应和行星引起的引力透镜效应就会相继发生。现在可以通过检查这一点并检测由于重力而导致周围空间的扭曲来找到行星。

─ 过去几年设计的各种观测方法带来了什么样的技术进步？

艾达──实际上，并没有什么伟大的技术创新。所有这些方法都涉及改进现有技术的细节。通过提高每个单独部件的精度、使用光纤并控制测量装置的温度使其不发生变化，精度得到了显着提高。

直到1995年发现热木星为止，大约有半个世纪没有发现太阳系以外的行星，所以我们的预算很少，无法使用大型望远镜。不过，现在有了预算，人数也增加了，现在可以使用大型望远镜了。这不是通过梦幻般的技术创新实现跨越式发展，而是通过结合现有的各种技术，我们将能够做越来越多的新事情。我认为这种事情也与太空商业的故事有关。