任秋凌

經(jīng)過近4年的時(shí)間，現(xiàn)在美國航空航天局碩果累累的行星搜索太空望遠(yuǎn)鏡——開普勒正準(zhǔn)備進(jìn)入延長任務(wù)階段。在過去的20年間，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多系外行星，但是每一個(gè)新體系都與上一個(gè)存在很大不同。開普勒的設(shè)計(jì)目的是通過揭開數(shù)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(gè)目標(biāo)，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(yùn)行，而且這些行星位于適合液態(tài)水存在的地方，地表可能存在生命。開普勒天文望遠(yuǎn)鏡于2009年發(fā)射升空，幾個(gè)月后便公布了它的第一項(xiàng)科研發(fā)現(xiàn)。

開普勒通過嚴(yán)密監(jiān)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(gè)光點(diǎn)，它導(dǎo)致恒星亮度稍微減弱。此時(shí)你可能會(huì)想：“等一下，剛才是我的幻覺，還是事實(shí)？”如果該望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)恒星的亮度有規(guī)律減弱，可能預(yù)示著一顆行星正從恒星前方經(jīng)過，阻擋了它發(fā)出的光。經(jīng)過大量追蹤調(diào)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?yàn)殚_普勒正在設(shè)法獲得恒星與行星更精確的百分比數(shù)據(jù)，所以它會(huì)小心翼翼地同時(shí)觀測大約15萬顆恒星。通過這種方法，該望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)確定了超過2300個(gè)候選對(duì)象，并證實(shí)了超過100顆行星的存在。據(jù)天文學(xué)家估計(jì)，大約5%的恒星擁有地球大小的行星?，F(xiàn)在科學(xué)家認(rèn)為，他們應(yīng)該已經(jīng)把戰(zhàn)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(xiàng)任務(wù)證實(shí)恒星比以前認(rèn)為的更聒噪。這項(xiàng)長達(dá)4年的延長任務(wù)將能確保開普勒天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)更多行星，甚至發(fā)現(xiàn)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(jìn)行的成功的系外行星搜索，以及它獲得的一些最佳發(fā)現(xiàn)。我們正在期待獲得更多激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)然還有很多更杰出的藝術(shù)概念圖。

1.第一批行星

每個(gè)人都有一個(gè)起點(diǎn)，開普勒天文望遠(yuǎn)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(hào)為開普勒-4b、5b、6b、7b和8b，它們是在不同恒星周圍發(fā)現(xiàn)的。它們均被認(rèn)為是熱木星，因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)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(yùn)行，運(yùn)行一周的時(shí)間不超過5天。盡管天文學(xué)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(wù)組的新起點(diǎn)。

2.兩顆行星圍繞一顆恒星

開普勒望遠(yuǎn)鏡的一系列早期發(fā)現(xiàn)包括圍繞恒星開普勒一9運(yùn)行的兩顆行星。開普勒-9b和9c是該任務(wù)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)多行星系，這些土星大小的行星圍繞主星運(yùn)行一周分別需要19天～38天。稍后的觀測證實(shí)，另一顆超級(jí)地球大小的行星也位于這個(gè)恒星系里。自此，開普勒發(fā)現(xiàn)很多接近我們太陽系的恒星系，其中的紀(jì)錄保持者應(yīng)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(gè)被證實(shí)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(yùn)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(yuǎn)鏡的超精度測量數(shù)據(jù)可以確定，這個(gè)行星的質(zhì)量大約是地球質(zhì)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(xué)家認(rèn)為開普勒-10b更有可能是超級(jí)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(xué)家宣布開普勒天文望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第一批地球大小的行星——開普勒-20e和開普勒-20f，標(biāo)志著該任務(wù)度過了一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。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(fā)現(xiàn)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(yùn)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(yùn)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(fā)射出的光能量比太陽少25%。距離和光能量的狀態(tài)組合在一起，就使行星表面有適合生命生存的溫度?？茖W(xué)家預(yù)測，如果該行星有大氣層，其表面的溫度大約是22℃，就可能會(huì)有一個(gè)巨大的溫暖海洋，甚至有可能存在生命。

6.存在蒸發(fā)現(xiàn)象的行星

2012年5月，開普勒天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)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(yùn)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(shí)圍繞主星運(yùn)行一周，隨著水分不斷蒸發(fā)，整個(gè)行星慢慢分解成塵土。它面對(duì)恒星的一面可能是一個(gè)沸騰的巖漿海洋，以當(dāng)前的蒸發(fā)速度計(jì)算，這顆行星將會(huì)在未來大約2億年內(nèi)消失。

7.最小的行星

開普勒-42是一個(gè)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(xué)家估計(jì)，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(huì)存在任何類型的生命。

8.環(huán)繞兩顆恒星運(yùn)行的行星

科學(xué)家認(rèn)為，沒什么比開普勒-16b更能代表環(huán)繞兩顆恒星運(yùn)行的行星。這是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第一顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星，很像影片《星球大戰(zhàn)》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(xué)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(dòng)，會(huì)像促使行星形成一樣摧毀它們。開普勒-16b是相當(dāng)特殊的系統(tǒng)，因?yàn)樵撔行堑能壍牢挥诼?lián)星系形成行星的軌道下限之內(nèi)。麻省理工學(xué)院的行星科學(xué)家薩拉·西格表示，在聯(lián)星系統(tǒng)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(wěn)定系統(tǒng)，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(yùn)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(yuǎn)鏡隨后證實(shí)，圍繞雙子星運(yùn)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(yùn)行的行星，雙子星開普勒-47甚至擁有一個(gè)多行星系。

9.四重星系統(tǒng)

如果你對(duì)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(tǒng)。2012年10月，美國航空航天局宣布發(fā)現(xiàn)PH1，這是利用開普勒天文望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的一顆行星，但并不是天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。它是以凌日法在四重星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的第一顆行星，也是在四重星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的首顆環(huán)聯(lián)星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星，更是四重星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的第一顆行星。名為“行星獵人”的民間科研組織發(fā)現(xiàn)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(dāng)于海王星的巨大行星，質(zhì)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(huán)繞著一對(duì)成員星之間距離相當(dāng)近的聯(lián)星系統(tǒng)，并且有另一組聯(lián)星在相當(dāng)遠(yuǎn)的距離環(huán)繞PH1所環(huán)繞的聯(lián)星，因此成為四重星系統(tǒng)。

10.開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的恒星

盡管開普勒天文望遠(yuǎn)鏡是一項(xiàng)行星搜索任務(wù)，但研究恒星的天文學(xué)家也從中受益匪淺。我們只有一個(gè)近距離恒星實(shí)例——我們的太陽，但是它并不能讓我們弄明白有關(guān)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(yuǎn)鏡已經(jīng)非常詳細(xì)地了解了恒星的特征，它為物理學(xué)家提供了無與倫比的數(shù)據(jù)。該望遠(yuǎn)鏡曾目睹發(fā)生在遙遠(yuǎn)恒星大氣層里的微弱星震，這為我們提供了有關(guān)恒星大小、年齡、質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等基本特征的信息。盡管這項(xiàng)任務(wù)可能會(huì)因其發(fā)現(xiàn)的行星而被后人世代銘記，但是它對(duì)我們了解宇宙也做出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)。