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• ExoClock 計畫號召全球的專業與業餘天文愛好者觀測系外行星的凌星現象，以提升星曆的精準度。參與者可使用中小型望遠鏡觀測，並上傳資料至ExoClock 網站，為將來觀測系外行星的大氣打下基礎。
• 「凌星法」與「吸收光譜學」是研究系外行星的重要方法，觀測行星凌星時遮擋母恆星光線造成的亮度變化，並分析大氣層對不同波長光線的吸收，藉此研究大氣的組成。
• 臺灣的天文團隊參與了ExoClock計畫，並累積多筆觀測資料，證明業餘觀測者也能在系外行星研究中扮演重要角色。

讀者這幾年是否常看到類似上圖的新聞標題？

自1990 年代中期首度確認系外行星的存在後，短短30年間，這些行星已經成為天文物理學最熱門的領域之一。系外行星是指在太陽系之外，圍繞恆星公轉的行星。它們的形態玲瑯滿目，有些是類似木星的氣態巨行星，有些則與地球大小相當，且可能有大氣層和海洋存在（圖一）。

圖一 | 系外行星大致可分為氣態巨行星、類海王星、超級地球和類地行星等類別。（NASA/JPL-Caltech）

相信對大多數人來說，在無垠宇宙中有著形形色色的世界聽起來雖然很酷，但距離我們的日常生活十分遙遠，似乎只有受過專業訓練的天文學家使用昂貴的大望遠鏡才能觸及。然而，系外行星也許並沒有如此遙不可及。在科技的進步下，高中或大學天文社團等級的設備，其實也可以捕捉到系外行星。而業餘天文愛好者的系外行星觀測，正在幫助天文學家更有效率地研究這些外星世界。

天文學家如何研究系外行星？

天文學家研究系外行星的過程，通常可以分為兩個階段。

首先是需要在漫天星海中「找到」系外行星的存在。對此，天文學家最常用的方法是凌星法（transit method），藉由長時間監測恆星的亮度，尋找當行星通過母恆星前方、遮擋住部分母恆星的光線時，母恆星亮度略微降低的凌星現象（圖二）。過去15 年間，這項任務主要由美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration, NASA）的克卜勒太空望遠鏡（Kepler Space Telescope）和凌日系外行星巡天衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS）專門負責。

圖二 | 凌星過程示意圖(Astronomy: Roen Kelly)

接下來，天文學家會在已知的系外行星列表中挑出最有研究價值的目標，再利用最好的望遠鏡仔細研究它們的性質。舉例來說，許多天文學家近日會趁著系外行星凌星時，使用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）和詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope, JWST）等頂級太空望遠鏡進行觀測，再比較不同波長的光線被行星大氣層吸收的比例，便能進一步計算出行星大氣的組成成分（圖三），例如甲烷（CH4）、水氣等，並尋找生命存在的可能證據。此技術稱為「吸收光譜學」（transmission spectroscopy），是當代天文學家深入認識系外行星的重要方法。

圖三 | 天文學家使用吸收光譜學研究系外行星大氣層的示意圖（NASA, ESA, CSA, Leah Hustak）

目前歐洲太空總署（European Space Agency, ESA）正在規劃下一代的太空望遠鏡―― 愛麗兒號（Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey, Ariel ）。Ariel 與JWST類似，是一個可以觀測近紅外到中紅外波段、波長約0.5 ～ 8 微米（μm）的太空望遠鏡。但與什麼都拍的JWST 不同，Ariel 將是一個專職觀測系外行星的計畫。Ariel 預計在2029 年升空後，花費四年的時間觀測約1000 個系外行星的吸收光譜，藉此系統性地了解大氣組成與形成機制等（圖四）。

圖四

但在望遠鏡實際升空之前，這個宛如系外行星人口普查的計畫仍有一個關鍵問題需要解決：凌星到底會什麼時候發生呢？……【更多內容請閱讀科學月刊第668期】