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我们是由什么组成的？我们从哪里来？又将走向何方？很多科学家都在积极尝试回答这些问题。粒子物理学家试图找出构成我们的物质和我们各部件之间相互作用的方式，而天体物理学家则想知道我们在宇宙中是否孤独，或者其他星球上是否也存在生命，哪怕只是生命的可能性。也许，在遥远的未来，我们将殖民其他星球。谁知道地球还能像现在这样待在舒适区里多久呢？
我们小心地勘察邻星，测量它们的属性，寻找生命的迹象。我们寻找水——这便是生命存在的一个很好的指标，还要查看邻星地表的温度。举个例子，我们在火星上发现了冰——在火星极冠发现的水是冻住的，这便是火星的温度使然。由于火星离太阳更远，所以它比地球更冷：平均温度是-55℃。那我们另一边的邻居金星呢？那里不太冷，但464℃的温度对生命来说也不是很舒服。因此，我们太阳系的邻居身上似乎没有太多生命的迹象。有人预计土星最大的卫星土卫六的冰层下的海洋中会有生命。但除了这位候选者之外就没什么希望了。
但为什么我们要把目光局限在我们所在的太阳系呢？据估计，我们宇宙中的恒星总数约为3·10 23 颗。你可以把23个0全都写下来，完整地写出这个数字，看看它到底有多大。在所有恒星中，有几十亿颗都可以从地球上看到。至于实际能看到多少，这取决于你的望远镜。那为什么不看看这些恒星是否有行星？一定也有行星围绕着这些恒星运行！太阳系外的行星被称为“太阳系外行星”或“系外行星”。
观察行星的最好方法是看，用我们的双眼去看，也就是所谓的直接观测。只可惜这非常困难。行星不像它们的恒星，无法直接发出光线。只有借助它们反射出的恒星的光才能看到它们。虽然有些行星，如火星，可以用肉眼看到，但其他行星很难找到，即使用望远镜也是如此。距离地球最远的行星海王星，最早是以被动方式观测到的。当时已知最远的行星天王星的轨道发生扭曲，这只能用附近有一颗尚不知名的行星来解释，那就是海王星。今天，虽然我们可以看到它，但只能通过望远镜看到。距离地球大约“只有”30AU（即约为45亿公里）的海王星已经如此难见了，可想而知，要看到一个邻近恒星系统的行星更不容易。我们已知的最近的一个是半人马座阿尔法星（其实是由两颗近邻恒星组成的星系），它距离地球已经有276 110AU了。即使那颗行星只需要把自己恒星的光反射给我们，也依然非常困难。所以你必须利用其他技术。我们将解释最流行的几种技术。
太阳系外行星的问题不仅在于它们微弱的被动光。还在于它们的恒星的相对明亮的光线会叠加在行星自身的光线上。如果恒星是一颗褐矮星，它的光不是很亮，用先进的望远镜直接观测还是可以看到它的行星的。但如果换成一颗明亮的恒星，该怎么办呢？让我们仔细观察一下它们的光线。是否有可能行星也会影响其恒星的光线呢？确实有这种情况。
在日心说中，我们总是假设恒星位于星系的中心，行星围绕它运行。但只有恒星的质量远大于其周围的行星时才会如此。如果这个星系中有一颗很重的行星，就会不断地对恒星施加拉力，所以它不会静止不动。恒星也会被行星吸引。最后，它们会以一个共同的质心为中心。对于远处的观测者来说，这看起来就像恒星在轻轻摇晃，周期性地左右摇晃、前后摇晃。现在想一想观察月球（这比用眼睛直接观察太阳安全）。你更容易看到月亮的左右运动还是前后运动？没错，你更容易看到左右运动。因为我们看到的是二维的影像，所以很难看到天体的前后运动。然而，具体说到因周围行星的运动而摇晃的恒星，情况就不同了。在这里，我们望远镜的分辨率不足以看到天体左右运动。不过，望远镜可以利用一个技巧来看到前后和左右的运动，或者用个更普遍的说法，看到它的径向速度变化。随着光源（恒星）靠近或远离我们，多普勒频移将让恒星发出的光频率发生微小的变化。因此，如果我们仔细查看恒星发出的光的频率，发现它的频率有周期性的波动，那么我们就知道这颗恒星在缓慢地晃动。这就告诉我们，它附近一定还有一颗行星。这种被称为“多普勒光谱法”或“径向速度法”的方法对观测距离恒星非常近的重行星最有效。举个例子，我们就是用这种方法观测到了气体巨行星TrES-4，它的质量是木星的1.7倍（好重！），围绕其恒星运行一周只用3.5天（真快！）。
还有一种用于间接观测行星的方法叫作“凌日法”。如果一颗太阳系外行星绕着恒星运行，其间绕到了观察恒星的我们和恒星本身之间，我们就会看到“迷你日食”似的现象。由于我们离行星/恒星系统相当远，而恒星通常比行星大得多，所以恒星被行星遮挡的部分通常非常小。但是，这还是会导致到达我们望远镜的恒星的光的亮度会略略降低。如果你查看亮度降低的程度及其持续的时间，你就可以得到关于该行星的速度和大小的信息。由于星光亮度的变化非常小，你需要用具有极高亮度分辨率的现代望远镜。2009年开始投入使用的开普勒望远镜就可以进行这样的测量。你可以在我们的插图中看到“凌日法”的示意。
我们目前已经发现了大约2000颗系外行星。但我们并非只是想简单地数一数，而是想了解它们的属性。也许其中会有一些星球适合人类舒适地定居？如果有，那就是所谓的“类地行星”，它必须有坚实的地表，不能仅仅是一个气态球体。此外，行星与恒星的距离非常关键。前面我们说过，行星若是与恒星靠太近会热，离太远又会冷。而这个“恰到好处”的区域，就叫作“宜居区”。它是水能以液态形式存在的地方。在太阳系中，只有地球位于这个区域内。也有一些不那么严格的宜居区定义（“虽然不是最佳的居住地，但仍有可能存在某种生命”），其中还包括了火星的轨道。有些行星的轨道可能只有一部分符合“宜居区”的定义。要想对一颗系外行星的大气层和化学成分进行理想的研究，就必须对该行星的发射光，特别是它的波长，进行高精度分析。某些波长的存在与否与某些原子对光的发射和吸收有关。随着寻找系外行星技术的快速发展，我们可以期待未来会有很多有趣的发现！
