微引力透镜与系外行星搜索
系外行星搜索应该算是当下的热门研究话题了。已知的行星数目在持续增加，现在已经超过了530颗，突破性的进展也接连不断。寻找系外行星的方法有很多，包括很多人所熟悉的利用主星光谱多普勒效应的径向速度法、寻找主星光变曲线周期性减弱的凌星法、针对脉冲星系统的计时，还有极少数的直接成象等。本文要介绍的则是在这一领域登场较晚的微引力透镜法。
引力透镜并不是陌生概念，遥远星系团的照片中往往可以看到大量光弧，它们就是背景星系的光线通过前景引力场（透镜天体）被扭曲的结果。引力可以让光线的传播路径弯曲，还能将背景源亮度放大。对于星系和宇宙学研究来说，引力透镜是估测前景星系质量的有力手段。
星系团中的光弧（包括在取向非常合适时出现的爱因斯坦环）都是属于强引力透镜，要求前景的透镜天体在垂直于视线的方向上具有较高的投影面密度。如果有大型星系或者存在黑洞这样的致密天体，强引力透镜是会发生的，但是更多的时候这个条件并不能满足。不过在此情况下，光线照样会被弯曲，只是程度没有那么明显而已，观测上基本也很难看到扭曲的影象。想研究弱引力透镜，人们还着实费了一番周折，现在的一个方法是对星系作大规模统计分析，寻找其中的微小的偏向性。实际上星系团的暗物质分布就是用这样的手段获知的。
微引力透镜的光变示意，图中对应天体为OGLE-2005-BLG-006。（图片来源：Wikipedia）
那么微引力透镜又是怎么一回事呢？简单来说，它就是星系级引力透镜的恒星级缩微版。一个恒星也会让背景天体的光辐射发生偏转，只是与星系相比偏折程度要小得多。星系级引力透镜无论强弱，其产生的扭曲影象总是可以被直接分辨出来的；但对于一般的恒星来说，它们对背景星光的偏转量只有毫角秒量级，基本无法察觉，一般只能探测到由此引发的增亮。当然由于充当透镜天体的恒星体积较小，相对运动速度也较高，整个事件的过程要短得多，与星系级透镜百万年甚至更久的持续时间相比，微引力透镜可能会在仅仅几秒到几个月之内就让背景源亮度发生变化。
第一个给出“微引力透镜”这一名词的人是普林斯顿大学的波兰裔教授Bohdan Paczyński（也就是第二次天文学大辩论时主张伽玛暴起源于宇宙学距离的那位），这件事的详情之后还会提到；第一个微引力透镜事件则是MACHO小组1993年在大麦哲伦云中观测到的，亮度在短时间猛增近7倍。关于这个MACHO小组，本人会专门撰写相关后文，这里不详谈，这里只将当年的图象展示一下，图中央即为发生微引力透镜效应的天体：
图片来源：Alcock et al. (1993)
微引力透镜事件的光变与透镜天体质量、背景与透镜天体的距离以及相对速度有关。如果充当透镜的并非单独一颗恒星，而是多重星或者行星系，很自然地，光变曲线上会出现波动或者是多峰结构。通过分析各个峰的时间与亮度，就可以还原出相应的质量了。换句话说，如果测得的光变具有这样的特征，且对应质量与行星相符合，就可以认为发现了行星。
行星系的微引力透镜事件示意。（图片来源：AstronomyOnline.org）
致力于通过微引力透镜来探测系外行星的项目有好几个，包括设在智利的OGLE（Optical Gravitational Lensing Experiment，光学引力透镜实验）以及设在新西兰的MOA（Microlensing Observations in Astrophysics，微引力透镜天体物理观测）等。其中前者持续时间较长，作出的发现也最多，从1992年一直到现在，一共进行了4期。不过早期OGLE的主要目标是暗物质研究，直到2001年开始的第3期才是以行星为主导。
OGLE使用的1.3米望远镜外景。（图片提供：OGLE）
至于观测目标的选取问题，由于微引力透镜发生时间与天区未知，为了保证足够多的事件发生，需要较多的背景天体。所以一般往往会选择恒星密集的区域，银河系的核球、大小麦哲伦云以及船底座都是热门之选，这也是通过微引力透镜搜索系外行星的计划一般都在南半球进行的原因。另外同样是由于微引力透镜发生时间与天区未知，专用的望远镜一般自动化程度都比较高。
现在通过微引力透镜法发现的系外行星并不多，只有10余颗，第一个发现是在2002年。不过这一方法的潜力很大，因为它不像传统的径向速度法具有强烈的选择效应，现在所发现的行星中，以偏心率接近0的居多，行星轨道半径和质量也有较广的分布，其中还有超级地球OGLE-2005-BLG-390Lb这样的小质量行星。作为对比，通过径向速度测量发现的行星相当一部分拥有近距离、大质量和高偏心率。因此有人认为，它有希望发现地球尺度的系外行星，甚至发现其他邻近星系中的行星。在行星搜索之外，这种项目还可以顺便进行其他变源的观测。但是微引力透镜最关键的缺陷是很难重复，因此往往需要后续观测来进行证实，另外还有需要保证大监测量的问题。
参考资料：
[1] Alcock, C. et al., 1993, Nature, 365, 621
[2] OGLE Homepage
[3] MOA Homepage
[4] Exoplanetary Microlensing by B. Scott Gaudi
