当行星从其寄主星前面经过时，它们可能会暴露自己的存在并遮挡部分恒星发出的光。行星在恒星和地球之间的移动被称为“凌日”。如果这种恒星光芒的变暗现象被有规律地检测到，并且持续一段固定的、重复的时间，那么很有可能是有一个更暗的物体正在绕着恒星运动。其中一些凌日物体可能是小而暗淡的恒星(在这种情况下，这一对被称为食双星)，但它们大多数是行星。

　　恒星在凌日过程中的变暗程度直接关系到恒星和行星的相对大小。一颗小行星经过一颗大恒星只会使其亮度略微变暗，而一颗大行星经过一颗小恒星会产生更明显的效果。介于寄主星的大小可以相当精确地从它的光谱中得知，天文学家可以通过测光法估计行星的直径。但测光法无法预估它的质量，这使得它和径向速度法互为补足。径向速度法可以估计行星的质量下限，但无法提供关于行星直径的信息。利用这两种方法结合行星的质量和直径，科学家可以计算出行星的密度，这可以判断一颗行星是岩态的，气态的，或是介于两者之间的形态。

　　行星凌日

　　这是一颗木星大小的系外行星从其寄主星前经过的模拟图像(NASA/JPL-Caltech/UMD/GSFC)

　　优点

　　凌日测光法是目前探测太阳系外行星最有效和灵敏的方法，尤其是对于能够连续数周或数月观测恒星的空间观测站来说。它对小型地基望远镜也同样适用（比如主镜只有60厘米的TRAPPIST望远镜）。

　　凌日测光法可以为科学家提供行星直径的估计，这是一种无法用其他方法测量的物理性质。由于能够被凌日观测到的系外行星的轨道平面必然是侧对着地球上的观测者的，因此使用凌日法和径向速度法来观测同一颗行星可以提供行星的质量，密度和组成成分的猜测。凌日过程可以为科学家提供大量的信息，其中最重要的是恒星的变暗程度直接与行星大小有关。由于其寄主星的大小能够被很准确地测得，行星的大小可以从它在凌日过程中变暗的程度来推断。

　　如果凌日行星有大气层，那么来自寄主星入射光的部分波长在到达地球的途中会先被大气层中的气体所阻挡。通过研究一颗恒星在凌日期间和凌日之外的光谱，天文学家可以在寄主星光谱中发现可以判断大气气体（比如水蒸气）存在的迹象。

　　除了行星从恒星前面经过时发生的“主要”凌日外，科学家们还对“次要”凌日感兴趣，即从地球上看行星完全消失在寄主星后面时发生的凌日。通过计算行星隐藏时寄主星的光谱，科学家就能得到行星的光谱(颜色)，而这是提供行星温度和组成成分的线索。

　　凌日测光法的搜索可以大规模进行。凌日观测(地面和天基)一次可以同时观测多达10万颗恒星。

　　行星凌日示意图

　　当行星经过观测者与其寄主星之间时，寄主星亮度减弱直至凌日过程结束。

　　缺点

　　凌日测光法的主要困难在于需要观测凌日的难度：一颗遥远的行星必须直接从其寄主星和地球之间穿过。不幸的是，对于大多数太阳系外的行星来说，这种情况根本不会发生。如果想要观测到凌日，其轨道平面必须几乎完全侧向朝着观测者。而这个条件只对少数系外行星成立，其余的将永远无法被凌日测光法检测到。

　　另一个问题是：行星凌日只会持续其轨道周期的一小部分。一颗行星可能需要几个月或几年的时间才能绕其寄主星一周，但它的凌日过程可能只持续几个小时或几天。因此，即使天文学家观测到一颗有着凌日行星的恒星，他们也极不可能观测到正在进行中的凌日现象。这个问题较之前更为复杂，因为为了确定一颗行星的存在，天文学家需要观测到数次间隔周期固定的凌日现象。因此，凌日测光法在很大程度上偏向于发现短轨道周期的行星(它们非常接近其寄主星的轨道)。许多这样的短轨道周期行星都位于其寄主星的宜居带，因此用凌日测光法可能可以发现围绕其他恒星运行的宜居行星。

　　凌日测光法往往会产生误报，介于最小的恒星的直径可能与巨行星的直径相似。因此，在进一步的测量来确认它们的直径和/或质量足够小到可以被认为是行星之前，凌日的物体只能被认为是候选行星。

　　太空中的Kepler望远镜

　　描绘环绕太阳的Kepler望远镜的艺术概念图

　　为了有更大概率去观测凌日行星，搜索必须长时间持续地覆盖有着许多恒星的广阔天空。这种搜索是由能够尽可能长时间观测恒星的自动望远镜所管理的(地基望远镜一次持续数小时，天基望远镜一次持续数月)。

　　从2009年到2019年任务结束时，Kepler计划利用测光法已经从太空中寻找到了的数千项候选行星；当这些行星被进一步研究后，将会有更多被确认的系外行星。CoRoT(对流旋转和行星凌日。是由法国航天局(CNES)和欧洲航天局(ESA)主导的联合太空任务)紧随Kepler计划，从2006年到2013年，共发现了32颗系外行星。

　　继Kepler和CoRoT计划之后的是“凌日系外行星探测卫星”(TESS)，这颗卫星自2018年以来一直在探测新的行星；以及2019年12月发射的“调查系外行星卫星”(CHEOPS)，它将对系外行星进行后续观测以测量其大气成分。

　　有许多陆基天文台在观测凌日系外行星的大气，包括TRAPPIST的2个望远镜，HATNet的7个望远镜，MEarth项目的2个望远镜，以及即将到来的SPECULOOS 探测计划的4个望远镜。

　　用凌日测光法发现一颗新行星需要最先进的专业设备(或者非常幸运)，而观测一颗已知行星的凌日就容易得多了。如果我们知道观测的地点和时间，即使用一个相对较小的望远镜，凌日导致的现象是相当明显的并且容易检测到的。例如2001年5月，世界各地成千上万的业余天文学家将他们的望远镜对准了太阳系附近一颗被称为Gliese 876的红矮星。这颗恒星被两颗由径向速度法发现的行星环绕。由于这颗恒星很小而环绕它的行星很大，当其中较大的那颗行星的凌日时，其寄主星亮度变暗了许多。这使得世界各地的业余爱好者有观察到太阳系外行星存在迹象的可能。美国恒星观测者协会(AAVSO)的系外行星部组织协调了许多业余天文学家参与系外行星凌日的观测。

　　作者: planetary