全球望遠鏡「加碼」搜尋類地行星
提及尋找新世界，美國宇航局（NASA）的開普勒太空飛船經常佔據頭條新聞：自2009年發射以來，已經累計發現了上千顆系外行星。但在開普勒之前，辨別系外行星的主力是地面儀器。這些設備能測量圍繞恆星運行的行星引力導致的恆星微小擺動。
如今，它們正在悄悄地再次興起。新一代儀器可能精確到足以尋找真正的地球「孿生兄妹」：一顆質量和地球相當並且每年繞像太陽一樣的恆星運轉一次的行星。這是開普勒——對行星大小足夠敏感，但對質量不夠敏感——無法做到的事情。
探索頻道望遠鏡通過感知系外行星引發的恆星擺動搜尋它們
2017年12月9日，位於美國亞利桑那州的探索頻道望遠鏡極端精密光譜儀（EXPRES）首次對天空進行了巡視。
去年10月，岩石系外行星和穩定光譜觀測階梯光柵光譜儀（ESPRESSO）在位於智利的歐洲南方天文台（ESO）極大望遠鏡上運行。
二十幾台其他設備也正在建設中，或者最近已經開始服役。「現在很明確的是，系外行星是天文學的一個重要部分。」賓夕法尼亞州立大學天文學家Jason Wright表示，「因此，每個大型天文台都需要高解析度的光譜儀。」
此類光譜儀將星光分解成一系列光譜色。天文學家則尋找這些光譜線隨著時間流逝發生的多普勒頻移的微小振蕩（由行星「拖曳」引發）。
此項技術對於緊緊圍繞其恆星運行的巨大行星效果最好，因為這種行星的引力「拖曳」會更強。
因此，早期發現——諸如1995年發現的首顆系外行星——通常是「熱木星」，即在近圍軌道上運行的巨大行星。
隨後是在2003年出現的位於ESO拉西拉天文台的高精度徑向速度行星搜索器（HARPS）。這是使天文學家得以在更寬的軌道上尋找更小行星的第二代光譜儀。
不過，近年來，由開普勒引領的新一代穿越搜索技術開始佔據主導地位。開普勒會「盯著」一部分天空中的14.5萬顆行星，並且在行星從恆星前面經過時尋找恆星亮度的下降。
儘管開普勒很多產——辨別出上千顆系外行星並且測量了它們的大小，但這些行星和它們的恆星大多離地面光譜儀太遠，以至於無法判定它們的質量。
它們將搜尋天空，以尋找附近明亮恆星被行星橫越的現象，而這非常適合地面後續跟蹤。「要了解它們，我們不得不知道它們的質量。這絕對是最基本的問題。」來自加拿大蒙特利爾大學的René Doyon表示。
新的光譜儀應當能測量TESS和CHEOPS發現的很多行星的質量。天文學家將此類儀器的精度大幅提高，部分是通過將其同機械和熱雜訊分離實現的。
也就是說，將光譜儀裝進同望遠鏡分離的真空管中並且將光線通過光導纖維運送進來。研究人員還改進了參考光譜，從而使光譜線的緩慢變化能被測量出來。
諸如HARPS等設備依賴於釷—氬等產生的參考光譜。不過，它們產生的是一堆擁有各種亮度的光譜線。相反，包括ESPRESSO和EXPRES在內的新一代光譜儀利用的是激光頻率梳。其能複製來自激光的單個光譜線，以形成極其精確的參考光柵。
瑞士日內瓦大學首席科學家Francesco Pepe表示，有了這些改進，ESPRESSO的目標是測量慢至每秒鐘10厘米（基本上和巨型陸龜的速度相當）的恆星運動。這將比HARPS的性能高出10倍，並且是在地球大小的軌道上圍繞像太陽一樣的恆星運轉的地球「孿生兄妹」引發的移動速度。
在這種精度下，恆星大氣中的脈衝氣體能淹沒任何擺動信號。而在一些新型光譜儀的幫助下，研究人員希望通過比較不同波長範圍內的光譜移位，從雜訊中分辨出這種擺動。
不過，Pepe認為，雜訊會將ESPRESSO限制在發現重量約是地球三四倍的行星範圍內。只有恆星的質量很小並且更容易受到行星「拖曳」的影響，ESPRESSO才有可能發現大小和地球相當的行星。
其他光譜儀通過聚焦一些最小的恆星——紅矮星，增加對較小行星的敏感度。紅矮星發出的光線大多是紅外線，而地球大氣層僅允許狹窄範圍的近紅外波長到達地面。這對儀器建造者提出了挑戰。「研發儀器的推動力很強。」正帶領團隊建造近紅外行星搜索器的Doyon表示。
新一代設備甚至能增強穿越搜索研究。除了尋找光譜擺動，它們或許還能發現恆星星光在穿過凌日行星大氣時產生的其他光譜線。
凌日光譜儀和現有設備已經揭示了系外大氣中的水、二氧化碳等氣體，並且正利用其尋找生命跡象。如果新的光譜儀能描述這些行星的特徵，那麼這場復興或許將變成一次革命。
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