尋星者“開普勒”幫地球找親戚

2014年2月26日，美國航天局宣布，由開普勒太空望遠鏡發現的715顆候選太陽系外行星被證實為行星。這幾乎使由開普勒望遠鏡發現并確認的“外星世界”的數量增加了4倍，同時將已知太陽系外行星的總數從1 035提升至1 750。這批行星圍繞305顆恒星轉動，呈現出許多類似太陽系的多星球星系。

這一發現讓天文學家興奮不已，因為這預示著，我們能從這里面找到更多可能存在生命跡象的行星。這不，沒過多久，4月17日出版的《科學》雜志就刊文稱，天文學家發現了迄今為止人類尋找到的最像地球的行星“開普勒-186f”。這個最新被發現的星球看起來正適合我們所知的生命存在條件，不太大又不太小，不太冷又不太熱。發現它的，正是開普勒望遠鏡。

開普勒望遠鏡于2009年3月6日發射升空，是世界上首個專用于搜尋系外類地行星的航天器。如今，它已經交出了一份漂亮的答卷。

在它之前發現的系外行星

在宇宙中尋找類地行星和地外文明，是人類自古以來就有的愿望。只是在技術落后的過去，這一愿望僅能停留在豐富的想象之中。自1995年10月6日兩位瑞士天文學家發現太陽系外第一顆行星后，人類才看到了實現這一愿望的曙光。從那時起，世界科學界發現系外行星的步伐加快了。到1998年末，天文學家在太陽系外發現的行星總數已達26顆。

1999年1月7日，美國天文學會宣布，根據哈勃太空望遠鏡的最新發現，宇宙約有1 250億個星系，銀河系僅是其中的一個普通星系，太陽僅是銀河系3 000多億顆恒星中的普通一顆。這大大增強了科學家尋找系外類地行星的信心。

幾乎在同時，一個國際天文研究小組宣布，他們于1998年7月發現了太陽系外第一顆類地行星，也是人類發現的第27顆系外行星。該星的直徑稍大于地球，質量亦比地球稍重一點，并圍繞著1顆熱度與太陽一樣的恒星運行，兩者距離為1～4個天文單位，這個距離對維持生命來說恰到好處。太陽系中日-地平均距離1.496億千米，被定義為1個天文單位，這是使地球具有生命所需溫度的重要因素。顯而易見，要在宇宙中尋找生命，就要搜索與恒星距離接近1個天文單位的位于宜居帶的類地行星。在太陽系，宜居帶被認為是從0.95個天文單位延伸至1.37個天文單位的區域。

截至2009年3月初，科學家共發現了342顆系外行星，其中僅有7顆類地行星，其他基本屬于體積較大、由氣體組成的類似木星的行星，均不適合孕育生命。發射開普勒太空望遠鏡的目的，就是為了讓它在繞行太陽的軌道上尋找更多的系外類地行星，并查看是否具備存活外星生命的條件。

“開普勒”交卷之后已經壞了

以德國天文學家約翰內斯·開普勒命名的太空望遠鏡，外形呈圓筒狀，直徑2.7米，長4.7米，內部僅裝1臺迄今世界最大的光度計，結構較為簡單而靈敏度極高。光度計是一臺直徑為0.95米的施密特望遠鏡，在透鏡后面裝有一排由42塊CCD圖像傳感器組成的接收器。每塊CCD尺寸為50毫米×25毫米，像素為2 200×1 024，這使整個接收器相當于一個具有9 461萬像素的數碼相機。觀測的數據將以連續的方式不間斷地存儲下來，每月向地球傳回一次。這些數據資料被地面站接收后，最終被傳送到美國的太空望遠鏡科學院，再由美國航天局的艾姆斯研究中心進行科學分析。

開普勒計劃本來為期3.5年，在2012年4月，美國航天局決定將該計劃延長至2016年。不料在2012年7月和2013年5月14日，開普勒望遠鏡4只反應輪中的兩只先后停止工作，反應輪主要幫助控制望遠鏡的方向，壞了兩只意味著開普勒望遠鏡將不能指向想要指向的地方，不能收集數據。因為開普勒望遠鏡現距離地球6 400萬千米，路途遙遠，無法派機器人或航天員前去修理，美國航天局被迫于2013年8月15日宣布放棄修復開普勒望遠鏡。該設備由此結束搜尋系外行星的主要任務，但它仍可能被用于其他太空觀測科研工作，繼續發揮作用。

但是，即便開普勒望遠鏡結束數據收集的工作，它已搜集到的那些數據也夠地面人員忙活一兩年的，艾姆斯研究中心首席科學家威廉·博魯茨基當時就說：“我認為，最有趣、最激動人心的發現將在今后兩年內出現，這一項目沒有結束。”

“打包”發現系外行星

果不其然，經過長期的分析研究，天文學家確認，由開普勒望遠鏡發現的715顆候選太陽系外行星被證實為行星。開普勒望遠鏡此前發現過246顆系外星球，這一數字現在已經劇增到961顆，比過去19年內人類發現的總數789顆還多，使已知太陽系外行星總數已達1 750顆，從而得出了本文開頭所講的結論。

這份根據開普勒望遠鏡在2009年至2011年間采集的數據編纂的新系外行星花名冊意味著，多行星系統在太空望遠鏡持續監控的15萬顆恒星中是相對較為常見的。研究人員表示，過去科學家尋找系外行星通常是“一個一個分析的艱苦過程”，一次只能發現一顆或少數幾顆，而他們利用一顆恒星通常有多顆行星繞轉的特點，開發出一種“多重性確認”統計學技術，使得一次性“大批量”確認系外行星成為可能。這715顆行星分布在約305個多行星系統中，并配有太陽系的類地行星所具有的圓形軌道，但排列要更加緊密。

這些新發現的系外行星，約95%的大小介于地球與海王星之間，有4顆系外行星位于母星的“宜居帶”中。這意味著理論上其表面可保持有適宜生命存在的液態水和溫度條件。但這4顆天體的大小均不到地球的2.5倍，且都在數百光年之外，開普勒望遠鏡只能粗略觀察。盡管許多系外行星都比地球大，但這些系外行星系統類似于內太陽系按比例縮小的版本，使得我們有機會著眼于開普勒數據集，并從我們所處的環境中獲得線索。

顯而易見，這些新發現進一步強化了“類似于地球的系外行星在我們的宇宙中是很常見的”這一理念，盡管它們依然很難被發現和描述。這筆系外行星的“意外之財”，凸顯了開普勒望遠鏡的主要發現——小行星在我們的星系中是很常見的。