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今天，两组研究人员（他们正在寻找太阳系外行星，即围绕我们太阳以外的恒星运行的行星）宣布了一项天文学里程碑：直接拍摄到太阳系外行星，而不是通过它们对母恒星的影响推断它们的存在。
一个由加州大学伯克利分校天文学家保罗·卡拉斯领导的团队使用哈勃太空望远镜的可见光观测，探测到一颗行星候选者，它围绕着北落师门星运行，这是一颗距离地球25光年的恒星，位于南鱼座。另一个团队由不列颠哥伦比亚省维多利亚市赫茨伯格天体物理研究所的天文学家克里斯蒂安·马洛伊斯领导，他们使用红外成像技术拍摄了围绕HR 8799运行的一个由三颗行星组成的星系，HR 8799是一颗距离地球近130光年的恒星。（马洛伊斯也是卡拉斯团队的成员。）两个团队今天都在《科学》杂志上在线报告了他们的发现。
在其他300多颗已知系外行星中，所有行星都是通过它们对母恒星的影响间接探测到的——要么是物体轨道引起的摆动，要么是行星从恒星前方经过时检测到的来自恒星的光线减少。其他被拍摄到的物体质量太大，无法最终被标记为行星，而是归为褐矮星类别（大小约为木星的8到80倍的物体，它们缺乏足够的质量来点燃核心中的氢聚变，因此永远不会成为真正的恒星）；或者被发现它们自身围绕褐矮星而不是恒星运行；或者尚未被证明与恒星有引力束缚。
“最终，我们现在有了单独的图像，你可以在图像中看到，真正看到行星，”美国宇航局艾姆斯研究中心的天文学家马克·马利说，他没有参与这项研究，但为《科学》杂志撰写了一篇文章，总结和分析了这些团队的研究成果。（马利以该领域科学家的身份为SciAm.com评论，而不是作为美国宇航局的代表。）“我一直在使用一个类比，”他说，“这就像你在一栋公寓楼里，你可以通过墙壁听到隔壁公寓里的人的声音，所以你知道他们在那里，但现在你打开了门，你可以看到他们了。”
卡拉斯和他的两位合著者，加州大学伯克利分校的天文学教授詹姆斯·格雷厄姆和位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家马克·克拉姆平，在2005年提出，基于环绕恒星的尘埃盘，北落师门星的轨道上应该存在行星大小的物体。“当时我们假设应该有一颗行星在塑造这个环，”卡拉斯说。通过查看2004年和2006年的哈勃图像，卡拉斯和他的同事们能够追踪到环内的斑点，被称为北落师门b，它似乎正在绕恒星运行。
“当你观察北落师门b时，它的位置与我们预期在尘埃环内部发现行星的位置一致，并且它显示出轨道运动——这也很令人鼓舞，”他说。“如果这个尘埃斑点在2004年到2006年之间朝着不同的方向移动，我们就不会相信它与北落师门星有关联。”
北落师门b因其体积小而意义重大，估计其质量介于海王星和木星质量的三倍之间，这将使其完全处于行星的范畴。质量大于约13个木星质量的物体被认为是小褐矮星，而不是大行星。“北落师门b的质量上限是前所未有的，”卡拉斯说。“我们的质量上限明确排除了北落师门b是褐矮星或恒星的可能性。”他说，这颗行星“不可能超过三个木星质量”，因为质量更大的物体会清除其引力范围内的碎片，这意味着尘埃带必须比现在更远。
马利指出，卡拉斯和他的同事们从哈勃望远镜在两种不同的波长下看到了这颗系外行星，但从地面观测它的尝试失败了。因此，他们缺乏描述该物体的数据点，因此仍然不得不对其进行一些推断。
“如果你看看其他的系外行星发现，或者我应该说，通过地面观测发现的其他候选系外行星，它们与恒星之间的对比度是10,000或100,000倍，”卡拉斯说。“北落师门b和中心恒星之间的对比度是1亿倍。在可见光波长下，这是不可能从地面获得的。“我们的选择相当严格和保守。那里可能有一些斑点也是行星，但我们尚未能够证实它们是行星。北落师门b是经过最严格测试的。”
马洛伊斯和他的团队使用地面红外探测技术，寻找围绕附近年轻大质量恒星的系外行星——这些恒星的行星将具有宽阔的轨道，并在它们从数百万年前相对较近的诞生中冷却下来时，释放出大量的辐射。在将大约80颗候选恒星缩小到20颗具有红外过量（表明存在轨道尘埃）的“非常非常有趣”的恒星后，研究人员选定了一颗特别有吸引力的恒星。
马洛伊斯说：“对于HR 8799，红外过量与大约80个天文单位的轨道尘埃一致”，大约是地球到太阳距离的80倍（74亿英里，或119亿公里）。“这通常是行星形成的迹象，是行星形成的残留物。所以这通常是一个非常好的迹象。”
通过比较2004年、2007年和今年各种望远镜捕获的数据，马洛伊斯的研究小组选择了三个物体，据估计它们都低于褐矮星阈值，围绕HR 8799运行。“这些是多行星系统的第一批图像，但这些也是首次探测到与我们太阳系外行星分离距离相似的行星，”马洛伊斯说。HR 8799周围最内侧的系外行星的轨道将使其位于我们太阳系的天王星和海王星之间。（相比之下，北落师门b的轨道距离HR 8799周围最远的行星几乎是其两倍，尽管它是围绕一颗更大的恒星运行。）
马利说：“开普勒本人会将这些识别为行星，”他指的是德国天文学家约翰内斯·开普勒，他在17世纪正式确定了他的行星运动定律。“你可以看到行星在接近圆形轨道上运行，你可以看到它们在移动，而且这个系统也有一个尘埃盘，正如人们现在认为我们自己的太阳系在海王星轨道之外也有一个尘埃盘一样。”
马利承认，这些物体的确切质量可能会受到质疑，甚至可能将其中两个物体的质量推入褐矮星的范畴，但鉴于这项发现的重要性，他不认为这种不确定性是一个决定性因素。
来自两个研究小组的对这些物体的进一步表征将增强天文学家对恒星和行星形成的理解。为了实现这一目标，卡拉斯正在等待哈勃太空望远镜成像光谱仪的修复，该光谱仪在2004年发生故障，以便更详细地观察北落师门b。哈勃望远镜还可以在明年拍摄这颗系外行星沿其预测轨道路径更远位置的照片，从而帮助确认其行星地位。至于马洛伊斯，他说，“实际上还有两个我们正在追踪的物体”围绕着另一颗恒星。“我们不确定这些是背景物体还是行星，所以我们将在明年夏天确认这些。”
更新：点击此处收听关于系外行星发现的播客。