宇宙是無限的嗎？宇宙的其它角落裡還有像我們一樣的世界嗎？人類自有史以來就一直為這樣的問題而爭論不休。哥白尼的日心革命終於將地球趕出了宇宙中心，勇敢的布魯諾則高舉無限宇宙的大旗，堅信宇宙沒有中心，世界無限多樣。偉大的天才雖被邪惡的宗教裁判所燒死在火刑柱上，然而科學的真理卻是燒不死的，如今太陽系的概念已經家喻戶曉，太陽只是宇宙間一顆普通的恆星也已成為常識，然而億萬恆星之中，是否還有像我們一樣的行星系統呢？十年之前，我們的觀測技術還難以作出直接的回答，太陽系孤零零地飄浮在漫漫星海之中，不知何處可有自己的親戚？
1999年4月，國際天文界傳出一條爆炸性新聞，英澳天文臺和加里福利亞大學等4個天文機構的天文學家們以強有力的證據宣布發現了一個由三顆行星環繞中央恆星運轉的日外行星系統 ( Extrasolar System 仙女座星和它周圍的三顆大行星成為第一個真正意義上的新"太陽系"。實際上，科學家們10年前開始探索日外行星的艱難歷程在1995年10月就已得到了回報，日內瓦天文臺的梅爾等天文學家在飛馬座51這顆星的周圍發現了第一顆太陽系以外的行星，從那時到現在，天文學家們已經在46顆恆星周圍發現了日外行星系統。看來，銀河系中的確充滿了各種各樣的行星系統，太陽繫在宇宙之中已經不再孤獨。
太陽系的親戚們都是什麼模樣呢？讓我們先來看一看最新發現也是最為龐大的日外行星系統－仙女座?星和它的行星系統，這是一顆北半球肉眼即可見的亮星，距離我們44光年，大約已有30億年的年齡。它的三顆行星從裡向外依次被科學家們暫時命名為b,c和d星，它們與中央恆星的距離分別為0.06,0.83和2.50天文單位，質量(本文中的行星質量實為Msin i，其中i 為軌道平面的法線與視線的夾角。)分別為木星質量的0.71,1.98和
4.11倍，繞中央恆星公轉週期分別為4.62天，241天和1269天，右圖對它們的軌道和太陽系行星的軌道作了比較。
與太陽系相比，目前發現的日外行星系統有許多明顯不同的特徵。首先是新發現的日外行星質量都很大，其中最小的為木星的40％，最大的為木星的11倍！更為奇特的則是這麼大的行星卻距離其中央恆星很近，最近的不足0.042天文單位，比水星和太陽的距離（0.387天文單位）還要近得多。另外，這些日外行星還有一個特點，除少數幾個離恆星特別近的行星外，大部分都具有很大的偏心率，也就是說都在一個非常扁的軌道上繞恆星運轉。
蛛絲馬跡覓星蹤
為什麼日外行星系統遲至4年前才被發現，又為什麼能在短短的幾年內迅速發現這麼多的行星系統呢？實際上，我們即使用最現代的技術，即使是現在也依然無法直接觀測到太陽系之外其它恆星周圍的行星。恆星距離我們極遠，最近的也有4.3光年之遠，行星與恆星的距離在地球上看去分開的角距極小，難以分辨，更重要的是，行星與恆星不同，靠著反射才發出微弱的光，其亮度與恆星的反差極大，我們難以看到它就好像大白天難以在太陽附近發現月亮一樣。
要發現這樣闇弱的行星系統，科學家只能藉助間接的技術手段--從分析恆星運動的微小變化中去找出行星可能存在的蛛絲馬跡。其原理是這樣的，恆星和行星之間通過萬有引力相互作用，造成行星繞恆星公轉，而恆星實際上也在圍繞一個非常小的橢圓型軌道運動，這種運動在天球面上表現為劃出一個微小的橢圓，而在我們的視線方向上則表現為前後擺動。
然而恆星的這種受擾運動從遙遠的地球上看來仍然太小了，如果從一個離我們30光年處的地方來看太陽系，那麼太陽在大行星作用下在天球面上劃出的橢圓幅度僅為一度的百萬分之七，用目前最大的望遠鏡也難以分辨。所幸我們還有另外一種運動可以利用，那就是前後擺動，對這種運動的檢測是用一種叫做"多普勒位移"的技術來實現的。
恆星的星光經過一種叫做"攝譜儀"的特別儀器後，會被分解為一串光譜，光譜中會有一些特定的譜線，如果恆星前後擺動，這些譜線就會表現為左右移動，物理學上稱為"多普勒效應"，通過這種效應可以把對恆星前後運動的檢測變成譜線左右移動的檢測，當然這種移動也是極微小的，直到九十年代，技術才發展到可以檢測出這種微小的光譜移動，要求的測量精度達到被測波長的億分之一，利用光譜線這種微小的位移，可以推算出環繞中央恆星運動的行星的質量大小，軌道大小和偏心率等基本參數。
科學家們對太陽附近100光年以內數百顆類太陽恆星進行了長期艱苦的運動檢測，功夫終於不負有心人，1995年10月，瑞士日內瓦天文臺的Michel Mayor和Didier Queloz第一次報告說發現了飛馬座51這顆星周圍有存在行星的有力證據，這一發現開創了一個新時代。
抱琵琶半遮面
依靠科學家的智慧，隨著"多普勒"探測行星技術的成熟，一顆又一顆的日外行星被宣布發現了，然而，我們畢竟還未能直接看到這些行星的真面目，太陽系的親戚們還是猶抱琵琶半遮面。利用引力效應探測行星系統還有著許多侷限性。
首先，多普勒技術只有當行星系統的公轉平面側對著我們時才有效，如果公轉平面正好與我們的視線相垂直，我們就看不到其恆星的前後擺動，也就無法用這種方法發現行星系統的存在了。其次，我們用引力探測方法無法得到行星的真正質量，嚴格說來，前面提到的質量都是真實質量和軌道傾角之正弦值的乘積（軌道傾角是指行星軌道平面的垂直方向與視線方向的交角），我們目前仍無法知道真正的軌道傾角是多少，也就只能得到質量的下限值。
如果一顆恆星有多顆行星繞其運轉，小質量行星的引力相對較小，容易被大質量行星的引力作用所掩蓋，所以我們在恆星周圍發現單顆行星相對較為容易些，而發現多行星系統就比較困難，需要更多的觀測資料。例如，仙女座?星系統中的行星b早在1997年就已宣布發現，而c和d星則在兩年後在獲得了更多的觀測資料後才得以確認。
儘管如此，天文學家們還是對發現更多的新行星系統和進一步揭開其"面紗"傾注了極大的熱情，加里福利亞大學天文系、哈佛－史密松天體物理研究中心、英澳天文臺等研究機構都有熱心的研究小組在進行著大規模的近距恆星的運動普測，正是在他們的努力下，越來越多的太陽系"親戚"們正在為我們所認識。
未來，人們正在考慮用更先進的技術來搜索日外行星，到2000年，2架10米凱克望遠鏡和亞利桑那大學的雙筒望遠鏡將構成光學干涉陣，有可能發現地球大小的日外行星，而按照美國國家航天局空間干涉儀的計畫，也許2010年左右，人類將可能真正得到日外行星的圖像。
「創世」的新挑戰
新發現的行星系統對傳統的太陽系演化理論形成了巨大的挑戰。日外行星中有半數以上質量大於木星質量，而處於距離恆星小於0.2天文單位的範圍之內。質量大的特點當然是由於我們現有的技術還難以發現小質量的行星（比如地球），但這麼大的行星卻大多數在離恆星很近的地方出現，而且偏心率很大，則是與太陽系截然不同的。經典的行星形成理論大都認為巨行星應該產生在距恆星約4個天文單位之外，難以想像在距恆星如此之近處何以能產生如此巨大的行星。
理論家們已經提出了一些新的理論，例如，一種理論認為這些巨行星可能確是誕生於離恆星較遠的地方，但在行星誕生的早期階段，稠密的粘滯氣體和原行星之間複雜的動力學相互作用會促使原行星以螺旋狀軌道向中央恆星靠近，我們現在觀測到的日外行星大多正處於靠近恆星的過程中。當然巨行星相互之間的碰撞，過路恆星的引力擾動等也都可能導致一部分巨行星向內遷移以及產生較大的偏心率。
行星系統的形成和演化是一個十分複雜而富有挑戰性的課題，眾多日外行星系統的發現為人類最終理解行星系的演化過程提供了寶貴的研究資料，可以想見，隨著觀測資料的日積月累，越來越多的行星系統會展現在我們的面前，那時，我們對行星系統的"創世"過程將會有更為詳盡的瞭解。
呼喚宇宙生命
人類自古就在思索自己是否孤立於宇宙之中，現在終於發現了在太陽系天外有天，人們更急切地想知道，銀河系千億顆恆星中，究竟有多少恆星帶有自己的行星系統，在這些行星系統中，有多少是荒蕪的沙漠，有多少是巨大的氫氣球，又有多少有著繁茂的森林和動物？
日外行星的發現為探索宇宙生命開闢了廣闊的天地。生命顯然不可能在恆星上生存，只有行星才可能發展出複雜的生命形式，大量日外行星的發現使得人類最終發現宇宙生命的可能性大大增強了。根據搜索的恆星樣品數量和發現的行星數量可以估計約10％的類日恆星可能擁有行星系統，也就是說在銀河系中可能有一百億顆行星存在，令人咋舌！
雖然，就目前的觀測手段而言，還很難發現地球大小的行星，也難以瞭解行星的化學成分，更無法直接瞭解這些行星上是否可能存在生命。但我們相信，隨著空間探測技術和光干涉技術的發展，日外行星的神秘面紗最終將被人類掀開，搜索宇宙智慧生命的事業必將展開一個新的篇章。
林清
