開普勒天文望遠鏡的十大發現

任秋凌

經過近4年的時間，現在美國航空航天局碩果累累的行星搜索太空望遠鏡——開普勒正準備進入延長任務階段。在過去的20年間，天文學家已經發現很多系外行星，但是每一個新體系都與上一個存在很大不同。開普勒的設計目的是通過揭開數千顆新行星的神秘面紗，弄明白行星系的主要特征。它更重要的一個目標，是查明我們星系里到底有多少顆恒星有地球大小的行星繞其運行，而且這些行星位于適合液態水存在的地方，地表可能存在生命。開普勒天文望遠鏡于2009年發射升空，幾個月后便公布了它的第一項科研發現。

開普勒通過嚴密監視一顆恒星來尋找行星。該儀器偶爾可能捕捉到恒星前方的一個光點，它導致恒星亮度稍微減弱。此時你可能會想：“等一下，剛才是我的幻覺，還是事實？”如果該望遠鏡發現恒星的亮度有規律減弱，可能預示著一顆行星正從恒星前方經過，阻擋了它發出的光。經過大量追蹤調查，開普勒就能確定那里是不是有一顆行星，甚至確定它的一些特性，例如大小。

因為開普勒正在設法獲得恒星與行星更精確的百分比數據，所以它會小心翼翼地同時觀測大約15萬顆恒星。通過這種方法，該望遠鏡已經確定了超過2300個候選對象，并證實了超過100顆行星的存在。據天文學家估計，大約5%的恒星擁有地球大小的行星。現在科學家認為，他們應該已經把戰利品收入囊中——顆地球大小的行星位于主星的可居住帶里，這項任務證實恒星比以前認為的更聒噪。這項長達4年的延長任務將能確保開普勒天文望遠鏡發現更多行星，甚至發現一顆類似我們綠色家園的行星。

下面是過去幾年中開普勒進行的成功的系外行星搜索，以及它獲得的一些最佳發現。我們正在期待獲得更多激動人心的發現，當然還有很多更杰出的藝術概念圖。

1.第一批行星

每個人都有一個起點，開普勒天文望遠鏡也不例外，它從2010年宣布的五顆行星開始。這些系外行星被編號為開普勒-4b、5b、6b、7b和8b，它們是在不同恒星周圍發現的。它們均被認為是熱木星，因為它們的質量與我們太陽系里最大的行星一樣，而且圍繞距離主星很近的軌道運行，運行一周的時間不超過5天。盡管天文學家未必能在這些行星上找到類地生命，但是它們象征著開普勒任務組的新起點。

2.兩顆行星圍繞一顆恒星

開普勒望遠鏡的一系列早期發現包括圍繞恒星開普勒一9運行的兩顆行星。開普勒-9b和9c是該任務發現的第一個多行星系，這些土星大小的行星圍繞主星運行一周分別需要19天～38天。稍后的觀測證實，另一顆超級地球大小的行星也位于這個恒星系里。自此，開普勒發現很多接近我們太陽系的恒星系，其中的紀錄保持者應該是開普勒-11，它有六顆行星。

3.巖石世界

開普勒一直在尋找最像地球的行星，開普勒-10b是第一個被證實的像地球的巖石世界。這顆行星的半徑大約是地球的1.4倍，圍繞主星運行一周僅需不到1天，與它恒星間的距離連水星到太陽距離的1/20都不到。它的表面溫度大約是1600K，足以將黃金熔解。通過開普勒天文望遠鏡的超精度測量數據可以確定，這個行星的質量大約是地球質量的4.6倍，因此密度與鐵啞鈴類似。鑒于它的成分，而且距離主星很近，一些科學家認為開普勒-10b更有可能是超級水星，而不是地球雙胞胎。

4.第一批地球大小的行星

開普勒的主要目的是確定有多少顆恒星的可居住帶里存在地球大小的行星。因此，2011年12月科學家宣布開普勒天文望遠鏡已經發現第一批地球大小的行星——開普勒-20e和開普勒-20f，標志著該任務度過了一個重要轉折點。這些行星的半徑是地球的0.87倍和1.03倍，但由于它們距離主星太近，可能不具備可居住性。它們位于距離地球大約1000光年的天琴座五行星系里。

5.可能的海洋世界

開普勒-22b是迄今為止發現的距離地球最近的行星。這顆距離我們600光年的行星的半徑大約是地球的2.4倍，它圍繞一顆像太陽的恒星運行。此外，它與其母星的距離比地球距離太陽少15%，軌道半徑是地球軌道的85%，圍繞主星運行一周需要大約290天，比地球年稍短一些。從開普勒-22b的母星發射出的光能量比太陽少25%。距離和光能量的狀態組合在一起，就使行星表面有適合生命生存的溫度。科學家預測，如果該行星有大氣層，其表面的溫度大約是22℃，就可能會有一個巨大的溫暖海洋，甚至有可能存在生命。

6.存在蒸發現象的行星

2012年5月，開普勒天文望遠鏡發現一顆類似彗星的行星，它圍繞一顆距離地球1500光年的恒星運行。這顆恒星比我們的太陽更小，而且溫度更低。這顆小行星像水星一樣大，它每16小時圍繞主星運行一周，隨著水分不斷蒸發，整個行星慢慢分解成塵土。它面對恒星的一面可能是一個沸騰的巖漿海洋，以當前的蒸發速度計算，這顆行星將會在未來大約2億年內消失。

7.最小的行星

開普勒-42是一個位于天鵝座的紅矮星，距離地球約126光年，它包含有史以來見過的最可愛的小型太陽系。天文學家估計，銀河系中約有1/3的紅矮星可能有類地行星存在，而銀河系中存在大量紅矮星，因此在宇宙中可能有大量類地行星。開普勒-42擁有三顆比地球更小的巖石行星，最小的一顆大約只有火星那么大。所有行星圍繞主星一周均不超過2天，這意味著它們可能距離主星太近，不會存在任何類型的生命。

8.環繞兩顆恒星運行的行星

科學家認為，沒什么比開普勒-16b更能代表環繞兩顆恒星運行的行星。這是科學家發現的第一顆圍繞兩顆恒星運行的行星，很像影片《星球大戰》里盧克一天行者的家園塔圖因。這顆行星位于距離地球大約600光年的地方，它是天文學家以前無法確定其存在的一種行星。雙子星之間的引力互動，會像促使行星形成一樣摧毀它們。開普勒-16b是相當特殊的系統，因為該行星的軌道位于聯星系形成行星的軌道下限之內。麻省理工學院的行星科學家薩拉·西格表示，在聯星系統中要有行星存在，行星軌道半徑必須是兩顆星距離的7倍以上才能形成穩定系統，但開普勒-16b的軌道半徑只有該推測距離的1/2。這顆土星大小的行星圍繞兩顆恒星運行一周需要229天，活物可能無法在它上面生存。開普勒天文望遠鏡隨后證實，圍繞雙子星運行的行星并不是宇宙怪物。開普勒-34b和35b是另外兩顆圍繞兩顆恒星運行的行星，雙子星開普勒-47甚至擁有一個多行星系。

9.四重星系統

如果你對擁有行星的雙子星系不感興趣，何不看一看擁有行星的四重星系統。2012年10月，美國航空航天局宣布發現PH1，這是利用開普勒天文望遠鏡收集的數據發現的一顆行星，但并不是天文學家發現的。它是以凌日法在四重星系統中發現的第一顆行星，也是在四重星系統中發現的首顆環聯星運轉的行星，更是四重星系統中發現的第一顆行星。名為“行星獵人”的民間科研組織發現了這顆行星。這些收獲頗豐的天文愛好者確定，PH1是一顆體積相當于海王星的巨大行星，質量大約是地球的20倍-55倍，半徑是地球的6.2倍，距離地球約5000光年。PH1環繞著一對成員星之間距離相當近的聯星系統，并且有另一組聯星在相當遠的距離環繞PH1所環繞的聯星，因此成為四重星系統。

10.開普勒望遠鏡發現的恒星

盡管開普勒天文望遠鏡是一項行星搜索任務，但研究恒星的天文學家也從中受益匪淺。我們只有一個近距離恒星實例——我們的太陽，但是它并不能讓我們弄明白有關其他恒星可能擁有的可變性和極端案例。而開普勒天文望遠鏡已經非常詳細地了解了恒星的特征，它為物理學家提供了無與倫比的數據。該望遠鏡曾目睹發生在遙遠恒星大氣層里的微弱星震，這為我們提供了有關恒星大小、年齡、質量和內部結構等基本特征的信息。盡管這項任務可能會因其發現的行星而被后人世代銘記，但是它對我們了解宇宙也做出了不可磨滅的巨大貢獻。