《科学大众》
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寻星者“开普勒” 帮地球找亲戚
2014-07-25 14:44:22寻星者“开普勒” 帮地球找亲戚
□文/ 尹怀勤
2014年2月26日，美国航天局宣布， 由开普勒太空望远镜发现的715颗候选太阳系外行星被证实为行星。这几乎使由开普勒望远镜发现并确认的“外星世界”的数量增加了4倍，同时将已知太阳系外行星的总数从1 035提升至1 750。这批行星围绕305颗恒星转动，呈现出许多类似太阳系的多星球星系。
这一发现让天文学家兴奋不已， 因为这预示着，我们能从这里面找到更多可能存在生命迹象的行星。这不，没过多久，4月17日出版的《科学》杂志就刊文称，天文学家发现了迄今为止人类寻找到的最像地球的行星“开普勒-186f”。这个最新被发现的星球看起来正适合我们所知的生命存在条件，不太大又不太小，不太冷又不太热。发现它的，正是开普勒望远镜。
开普勒望远镜于2009年3月6日发射升空，是世界上首个专用于搜寻系外类地行星的航天器。如今，它已经交出了一份漂亮的答卷。
在它之前发现的系外行星
在宇宙中寻找类地行星和地外文明，是人类自古以来就有的愿望。只是在技术落后的过去，这一愿望仅能停留在丰富的想象之中。自1995年10月6日两位瑞士天文学家发现太阳系外第一颗行星后，人类才看到了实现这一愿望的曙光。从那时起，世界科学界发现系外行星的步伐加快了。到1998年末， 天文学家在太阳系外发现的行星总数已达26颗。
1999年1月7日，美国天文学会宣布，根据哈勃太空望远镜的最新发现，宇宙约有1 250亿个星系, 银河系仅是其中的一个普通星系，太阳仅是银河系3 000多亿颗恒星中的普通一颗。这大大增强了科学家寻找系外类地行星的信心。
寻找类地行星，是人类一直的愿望
几乎在同时，一个国际天文研究小组宣布，他们于1998年7月发现了太阳系外第一颗类地行星，也是人类发现的第27颗系外行星。该星的直径稍大于地球，质量亦比地球稍重一点，并围绕着1颗热度与太阳一样的恒星运行，两者距离为1~4个天文单位，这个距离对维持生命来说恰到好处。太阳系中日-地平均距离1.496亿千米，被定义为1个天文单位，这是使地球具有生命所需温度的重要因素。显而易见，要在宇宙中寻找生命，就要搜索与恒星距离接近1个天文单位的位于宜居带的类地行星。在太阳系，宜居带被认为是从0.95个天文单位延伸至1.37个天文单位的区域。
截至2009年3月初，科学家共发现了342颗系外行星，其中仅有7颗类地行星，其他基本属于体积较大、由气体组成的类似木星的行星，均不适合孕育生命。发射开普勒太空望远镜的目的，就是为了让它在绕行太阳的轨道上寻找更多的系外类地行星，并查看是否具备存活外星生命的条件。
“开普勒”交卷之后已经坏了
以德国天文学家约翰内斯·开普勒命名的太空望远镜，外形呈圆筒状，直径2.7米，长4.7米，内部仅装1台迄今世界最大的光度计，结构较为简单而灵敏度极高。光度计是一台直径为0.95米的施密特望远镜，在透镜后面装有一排由42块CCD图像传感器组成的接收器。每块CCD尺寸为50毫米×25毫米，像素为2 200×1 024，这使整个接收器相当于一个具有9 461万像素的数码相机。观测的数据将以连续的方式不间断地存储下来，每月向地球传回一次。这些数据资料被地面站接收后，最终被传送到美国的太空望远镜科学院，再由美国航天局的艾姆斯研究中心进行科学分析。
开普勒计划本来为期3.5年，在2012年4月，美国航天局决定将该计划延长至2016年。不料在2012年7月和2013年5月14日，开普勒望远镜4只反应轮中的两只先后停止工作，反应轮主要帮助控制望远镜的方向，坏了两只意味着开普勒望远镜将不能指向想要指向的地方，不能收集数据。因为开普勒望远镜现距离地球6 400万千米，路途遥远，无法派机器人或航天员前去修理，美国航天局被迫于2013年8月15日宣布放弃修复开普勒望远镜。该设备由此结束搜寻系外行星的主要任务，但它仍可能被用于其他太空观测科研工作，继续发挥作用。
研究人员正在组装开普勒望远镜
但是，即便开普勒望远镜结束数据收集的工作，它已搜集到的那些数据也够地面人员忙活一两年的，艾姆斯研究中心首席科学家威廉·博鲁茨基当时就说：“我认为，最有趣、最激动人心的发现将在今后两年内出现，这一项目没有结束。”
“打包”发现系外行星
果不其然，经过长期的分析研究，天文学家确认，由开普勒望远镜发现的715颗候选太阳系外行星被证实为行星。开普勒望远镜此前发现过246颗系外星球，这一数字现在已经剧增到961颗，比过去19年内人类发现的总数789颗还多，使已知太阳系外行星总数已达1 750颗，从而得出了本文开头所讲的结论。
这份根据开普勒望远镜在2009年至2011年间采集的数据编纂的新系外行星花名册意味着，多行星系统在太空望远镜持续监控的15万颗恒星中是相对较为常见的。研究人员表示，过去科学家寻找系外行星通常是“一个一个分析的艰苦过程”，一次只能发现一颗或少数几颗，而他们利用一颗恒星通常有多颗行星绕转的特点，开发出一种“多重性确认”统计学技术，使得一次性“大批量”确认系外行星成为可能。这715颗行星分布在约305个多行星系统中，并配有太阳系的类地行星所具有的圆形轨道，但排列要更加紧密。
这些新发现的系外行星，约95%的大小介于地球与海王星之间，有4颗系外行星位于母星的“宜居带”中。这意味着理论上其表面可保持有适宜生命存在的液态水和温度条件。但这4颗天体的大小均不到地球的2.5倍，且都在数百光年之外，开普勒望远镜只能粗略观察。尽管许多系外行星都比地球大，但这些系外行星系统类似于内太阳系按比例缩小的版本，使得我们有机会着眼于开普勒数据集，并从我们所处的环境中获得线索。
显而易见，这些新发现进一步强化了“类似于地球的系外行星在我们的宇宙中是很常见的”这一理念，尽管它们依然很难被发现和描述。这笔系外行星的“意外之财”，凸显了开普勒望远镜的主要发现——小行星在我们的星系中是很常见的。
研究人员利用超级计算机分析开普勒望远镜传回的数据
