科學(xué)中的不確定性是一件好事，因?yàn)榭茖W(xué)模型是這樣運(yùn)作的：觀察一個(gè)現(xiàn)象，然后形成一個(gè)關(guān)于為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象的假設(shè)，然后測(cè)試這個(gè)假設(shè)，這將導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)新的假設(shè)等等。這個(gè)過(guò)程意味著你很難確切地知道一些事情。

相反，科學(xué)家們努力理解他們的測(cè)量、模型和結(jié)論中的不確定性。換句話說(shuō)，不確定性不是一種限制，而是可以幫助我們提高對(duì)自然世界的認(rèn)識(shí)，并告訴我們接下來(lái)要問(wèn)什么問(wèn)題。但這種對(duì)不確定性的安慰，并不總是轉(zhuǎn)化為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的傳播方式。

特別是在社交媒體無(wú)處不在、記者和新聞辦公室周轉(zhuǎn)速度很快的情況下，一項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的細(xì)微之處，甚至是主要局限，都很難傳達(dá)給公眾。因此，人們有可能(完全可以理解)產(chǎn)生這樣一種印象，即一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)比實(shí)際情況更有說(shuō)服力。系外行星曾經(jīng)被認(rèn)為僅限于科幻小說(shuō)的世界，現(xiàn)在已知有4000多個(gè)圍繞其他恒星運(yùn)行的系外行星世界，而且這個(gè)數(shù)字還在不斷上升。最令人興奮的是，像NASA“苔絲號(hào)”這樣的衛(wèi)星越來(lái)越有能力尋找更小的巖石系外行星。

包括那些可能與地球相似、甚至可能適合居住的行星。探測(cè)系外行星有幾種方法，被懷疑的系外行星被稱為“候選行星”，直到兩種或更多獨(dú)立的方法證實(shí)它們確實(shí)存在，兩種主要的技術(shù)是透射光度法和徑向速度法。凌日光度學(xué)包括通過(guò)望遠(yuǎn)鏡(通常是一個(gè)非常強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡)觀察一顆遙遠(yuǎn)的恒星，并觀察它的亮度是否變暗。如果是這樣，對(duì)這種變暗現(xiàn)象的一種解釋是，有一顆行星從恒星和地球上的觀測(cè)者之間穿過(guò)。如果一顆恒星看起來(lái)有規(guī)律地變暗，這是一個(gè)很好的間接證據(jù)，表明一顆行星在恒星前面交叉是罪魁禍?zhǔn)住?/p>

凌日光度法甚至可以通過(guò)測(cè)量行星對(duì)恒星的暗度來(lái)估算行星大小(因?yàn)檩^大行星比較小行星遮擋的光更多)。當(dāng)然，要使這種方法奏效，系外行星軌道平面必須與地球觀測(cè)到的恒星相交。這顆行星必須足夠頻繁地圍繞它的恒星旋轉(zhuǎn)，以便我們能夠在合理的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)探測(cè)到它。例如，一顆行星繞一顆恒星一周的時(shí)間和冥王星繞太陽(yáng)一周的時(shí)間一樣長(zhǎng)，這是不太可能探測(cè)到的，即使它的軌道面與地球相接。徑向速度法尋找恒星旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的微小擺動(dòng)(通過(guò)恒星發(fā)出光的性質(zhì)變化來(lái)測(cè)量)。

與凌日光度學(xué)的情況一樣，如果這種擺動(dòng)有規(guī)律地發(fā)生，那么就可以合理地得出這樣的結(jié)論：是軌道行星的引力拖曳造成。同樣，這種擺動(dòng)需要頻繁地重復(fù)，這樣才有可能用望遠(yuǎn)鏡捕捉到它。然而，徑向速度法相對(duì)于凌日光度法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，從地球上的天文學(xué)家角度來(lái)看，行星不需要穿過(guò)它的恒星。想象一顆行星繞著它的恒星在一個(gè)相對(duì)于地球邊緣軌道上運(yùn)行。從我們的角度來(lái)看，這顆行星在恒星中引起的擺動(dòng)將是一個(gè)最大值：恒星向我們或遠(yuǎn)離幅度最大（當(dāng)然，這種運(yùn)動(dòng)的量確實(shí)很小，但仍然可以用現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡測(cè)量）。

另一方面，如果這顆行星軌道在一個(gè)面朝上的平面上運(yùn)行，也就是說(shuō)，我們可以從有利的位置把整個(gè)軌道看作一個(gè)圓，那么就不會(huì)看到任何抖動(dòng)。所有對(duì)恒星的引力都在軌道平面上，恒星光的性質(zhì)沒(méi)有變化，就無(wú)法探測(cè)到。但是，如果一顆行星軌道所在的平面對(duì)我們來(lái)說(shuō)既不是邊緣也不是面朝上的呢？探測(cè)到的抖動(dòng)是整個(gè)抖動(dòng)的一部分，由于擺動(dòng)的大小與繞軌道運(yùn)行的行星質(zhì)量有關(guān)，只能測(cè)量該行星質(zhì)量的最小值。這很重要，因?yàn)橘|(zhì)量等同于大小：質(zhì)量小的行星比質(zhì)量大的行星更有可能是巖石行星。

這就是多種探測(cè)方法都很有用的地方，因?yàn)槿绻枞展舛确梢詼y(cè)量行星的大小，徑向速度測(cè)量可以給出行星的質(zhì)量，那么就可以計(jì)算系外行星的密度。密度高的行星比密度低的行星更有可能由巖石構(gòu)成，比如地球或金星。密度低的行星主要由氣體組成，比如海王星和天王星。但對(duì)于僅以徑向速度探測(cè)到的系外行星來(lái)說(shuō)，不可能知道其測(cè)量到的質(zhì)量值是否準(zhǔn)確，因此這種行星的性質(zhì)，無(wú)論是巖石還是氣體，都不確定。天文學(xué)家當(dāng)然知道這一點(diǎn)，除非已知行星軌道相對(duì)地球的角度(比如利用凌日光度法)，否則用徑向速度法發(fā)現(xiàn)的系外行星質(zhì)量是最小的。

這是一個(gè)充分認(rèn)識(shí)到科學(xué)不確定性的例子。但對(duì)于不太熟悉系外行星是如何被發(fā)現(xiàn)的人來(lái)說(shuō)，這種不確定性并不明顯。例如，歐洲南方天文臺(tái)宣布發(fā)現(xiàn)比鄰星(Proxima Centauri)運(yùn)行的行星。這顆名為Proxima b的行星是用徑向速度法探測(cè)到，它的最小質(zhì)量是地球的1.27倍，是一顆巖石行星。但是完全有可能Proxima b更大，甚至可能是一顆迷你海王星，迷你海王星看起來(lái)一點(diǎn)也不像地球這樣的巖石世界，但比鄰星b就存在這種不確定性。

博科園｜研究/來(lái)自：北卡羅來(lái)納州立大學(xué)/Paul Byrne

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