在很长一段时间里，关于“我们在宇宙中是否孤独”的讨论，主要停留在哲学和科幻小说的范畴。直到1995年，人类发现了第一颗围绕主序星旋转的系外行星，这个问题才真正变成了一项严肃的科学工程。如今，天文学家不再只是仰望星空做白日梦，而是手握精密的观测数据，在数以千计的候选名单中，像淘金一样筛选着可能孕育生命的宜居世界。

这无疑是大海捞针。行星本身不发光，它们淹没在母恒星耀眼的光辉中，亮度往往只有恒星的十亿分之一。要找到它们，科学家们开发出了一套令人惊叹的侦查手段。

捕捉恒星的“眨眼”瞬间

目前最高效的搜寻方法被称为凌日法。其原理简单得令人难以置信：当一颗行星经过恒星和地球之间时，它会遮挡住恒星的一小部分光芒，导致恒星的亮度出现微弱的下降。这就像一只蚊子飞过几公里外的探照灯，虽然蚊子的影子极其微小，但在高灵敏度的探测器眼中，那瞬间的变暗是无法遁形的。

美国国家航空航天局的开普勒望远镜和凌日系外行星勘测卫星TESS就是这种方法的集大成者。通过长期盯着数十万颗恒星不眨眼，它们记录下了无数次这种周期性的亮度跌落。如果这种变暗有规律地重复出现，那么很可能就是一颗行星在公转。通过分析亮度下降的幅度，天文学家还能推算出这颗行星的大小。遮挡的光越多，行星的个头就越大。

感受引力的“摇摆”

光看大小还不够，我们还需要知道行星的质量，以判断它是一颗像地球这样的岩石行星，还是一颗像木星那样的气态巨行星。这时，天文学家会使用径向速度法。

宇宙中的引力是相互的。恒星在拉扯行星的同时，行星也在拉扯恒星。虽然恒星质量巨大，但这股微小的反作用力依然会让恒星在太空中发生轻微的晃动。这种晃动会导致恒星发出的光波发生多普勒效应：当恒星被拉向地球时，光波变短，光谱蓝移；当恒星被拉离地球时，光波变长，光谱红移。

这种光谱颜色的细微摆动，揭示了行星的存在及其质量。对于地球这样质量较小的行星，它对恒星造成的晃动速度可能只有每秒几十厘米，大概相当于人类步行的速度。现代光谱仪的精度之高，已经能够捕捉到这种极其微小的信号，让我们得以在不直接看到行星的情况下，通过数学模型“称”出它的重量。

嗅探大气层的“指纹”

确定了行星的大小、质量以及它与恒星的距离（即是否处于允许液态水存在的宜居带），只是迈出了第一步。真正的考验在于确认这颗星球是否拥有大气层，以及大气中是否含有支持生命的化学成分。这是目前詹姆斯·韦伯太空望远镜的核心任务之一。

要分析几百光年外行星的大气成分，科学家们使用了一种名为透射光谱术的技术。当行星发生凌日现象时，恒星的光不仅仅是被行星遮挡，还有一小部分光线会穿过行星稀薄的大气层边缘。

大气层中的各种气体分子就像是尽职的守门员，它们会吸收特定波长的光线。水蒸气、甲烷、二氧化碳、氧气，每种气体都有自己独特的吸收光谱。通过分析那些穿过大气层的光线中缺失了哪些波段，天文学家就能反向推导出大气层的化学组成。

如果在光谱中同时发现了氧气和甲烷的强烈信号，这将是一个令人激动的时刻。因为在地球的化学环境下，这两种气体很容易发生反应并消耗殆尽，只有源源不断的生物活动作为补充，它们才能大量共存。这种化学不平衡，极有可能是生命存在的有力证据，也就是我们苦苦追寻的“生物标记”。

从最初的盲目猜测，到如今能够分析遥远世界的空气成分，人类寻找宜居世界的旅程展示了科学最浪漫的一面：利用最基本的物理法则，跨越难以想象的时空距离，去触碰那个关于存在的最宏大答案。

来源: 张天缘的科普号