王嫚

在經(jīng)過數(shù)月的努力后，近日，美國航空航天局宣布放棄修復(fù)開普勒太空望遠鏡。“開普勒”由此結(jié)束搜尋太陽系外類地行星的主要任務(wù)，但它仍可能被用于其他科研工作。美國航空航天局表示，將繼續(xù)對“開普勒”過去4年搜集的數(shù)據(jù)進行分析，未來數(shù)年依然有望見到與“開普勒”有關(guān)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

外星獵人

共找到3000多顆太陽系外行星候選體

“開普勒太空望遠鏡是美國航空航天局發(fā)射的首顆探測類地行星的探測器，用于搜尋太陽系外的類地行星?！焙教鞂＜摇ⅰ秶H太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩研究員說，“開普勒”于美國東部時間2009年3月6日從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地17-B發(fā)射臺發(fā)射升空，任務(wù)期原定為3年半，但美國航空航天局2012年4月宣布延長“開普勒”的工作壽命。

開普勒太空望遠鏡通過“凌日”法探測太陽系外行星?！傲枞铡爆F(xiàn)象是指，當(dāng)行星從其母恒星前飛過時會阻擋一部分恒星的光的現(xiàn)象。比如在地球上可以觀測到水星“凌日”或金星“凌日”，這時人們看到太陽表面上仿佛有個小黑點在緩緩移動。同樣，觀測其他恒星系統(tǒng)時也會看到“凌日”現(xiàn)象，“開普勒”便是通過觀測“凌日”深度（恒星亮度減弱的程度），計算出行星的大小。這就像人們看到遠處有一輛亮著頭燈的汽車，當(dāng)一只小蟲從汽車前經(jīng)過時，可通過光線變化推斷蟲子的大小一樣。

此外，它還可以測量“凌日”行星的公轉(zhuǎn)周期，據(jù)此可大致計算出行星軌道大??；對于行星的母恒星，可以根據(jù)其光譜、光度等參數(shù)估算其質(zhì)量，綜合這些數(shù)據(jù)，可以推測一顆行星是否適合生命存在。

“開普勒”觀測的目標區(qū)域位于銀河系中的天鵝座和天琴座一帶，因為這個方向上的觀測較少受太陽等天體影響，有利于持續(xù)觀測。此外，這一區(qū)域內(nèi)也存在較多的恒星及附屬行星。

龐之浩介紹，在過去4年多的時間里，開普勒太空望遠鏡一共找到了3277顆太陽系外行星候選體。在這3277顆太陽系外行星候選體中，最小的比地球還小，大的則比木星還大?，F(xiàn)在已經(jīng)確認了其中134顆，包括7顆位于宜居帶的“超級地球”。

“開普勒”的科研團隊現(xiàn)在正在對這些年積累的數(shù)據(jù)進行發(fā)掘和分析，希望從中找到更多的太陽系外行星，尤其是那些位于宜居帶的與地球大小相似的太陽系外行星。

“退休”原因

4個飛輪壞了一半，無法精確定位

一直以來，“開普勒”為人類探索和觀測遙遠星系做出了巨大的貢獻，那么是什么原因使得它不得不“退休”了呢？

龐之浩介紹說：“此次開普勒太空望遠鏡生病的‘癥狀’是它的姿態(tài)控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。這個太空望遠鏡采用的是3軸穩(wěn)定方式，每個軸的方向都設(shè)置有1個反作用飛輪，用于控制其3個軸方向的姿態(tài)，另外還有1個備用飛輪。當(dāng)‘開普勒’的姿態(tài)處于所要求的位置時，有一定轉(zhuǎn)動慣量的飛輪保持勻速旋轉(zhuǎn)（飛輪的動力來自衛(wèi)星上的電源）；如果‘開普勒’偏離所要求的位置，就可通過敏感器和控制線路使飛輪加速或減速，從而產(chǎn)生一個相反的力矩，使其回復(fù)到所要求的姿態(tài)位置。所以‘開普勒’有3個飛輪工作，才能進行正確的姿態(tài)控制?！?/p>

北京大學(xué)天文系教授吳鑫基說：“2012年7月，‘開普勒’的一個飛輪失效，而后，工程師們緊急調(diào)用備用的第四個飛輪替換失效的飛輪繼續(xù)工作；2013年5月，‘開普勒’另一個飛輪又失效了，使得它無法實現(xiàn)精準定位。面對這個問題，工程師們曾試圖修復(fù)其中至少1個飛輪，但是沒能成功?，F(xiàn)在，‘開普勒’已不能繼續(xù)提供收集科學(xué)數(shù)據(jù)所需要的定位精度，無法正常工作，因此它的價值也就大打折扣了?！?/p>

飛行軌道過高，維修成本高昂

通常情況下，一個東西壞了，“修”是我們的第一選擇，但是，為什么面對“開普勒”，科學(xué)家選擇的不是維修而是放棄呢？

龐之浩說，對于在軌飛行的航天器來講，軟件出現(xiàn)問題比較好解決，可以通過無線測控系統(tǒng)重新安裝、升級、啟動軟件；對于硬件出現(xiàn)的問題，目前主要維修方法有兩種：一是啟用備份部件，二是用航天飛機對近地軌道航天器進行在軌維修或?qū)募Щ氐孛婢S修。然而，現(xiàn)在這兩種方法都無法用于維修“開普勒”。

“首先，‘開普勒’已沒有備用飛輪可用，重啟也失靈。其次，一般來說，當(dāng)太空望遠鏡出現(xiàn)問題時，是通過航天飛機將人送入外太空，對其進行修理和維護。但是負責(zé)‘開普勒’維修的航天飛機已于2011年退役。即使不退役，由于‘開普勒’位于距地面6500萬公里的太陽軌道上，距離地球很遠，用航天飛機進行維修，所帶來的成本花費會很高。所以，與其承擔(dān)對‘開普勒’的巨額維修費用，還不如重新研制新的太空望遠鏡?！饼嬛普f。

同類對比

“哈勃”延年益壽，緣于不斷維修升級

說起“開普勒”就不得不讓人想起另外一個大名鼎鼎的太空望遠鏡——哈勃太空望遠鏡?！肮庇?990年4月開始服役，至今已有10多年，仍在堅守崗位。同為太空望遠鏡，為什么“開普勒”較之“哈勃”短壽了這么多呢？

龐之浩表示，航天器的壽命與成本、功能、用途等許多因素相關(guān)。

1990年4月24日上天的哈勃太空望遠鏡耗資近25億美元，原設(shè)計壽命是10年，由于其成本很高，成果豐碩，又運行在航天飛機可以在軌維修的近地軌道，所以美國先后5次用航天飛機對其進行了在軌維修，使其得以延年益壽，功能不斷升級。而2009年3月6日上天的“開普勒”耗資近6億美元，除了在成本花費上遠遠低于“哈勃”，設(shè)計壽命較之于“哈勃”也明顯降低。

面對“開普勒”的“退休”，很多天文愛好者覺得遺憾，但吳鑫基卻表示，對于“開普勒”的“退休”，不需要遺憾?！伴_普勒太空望遠鏡原來的設(shè)計壽命是3年半，到2012年11月已經(jīng)到期，其實還超期服役了幾個月。更重要的是，它已經(jīng)圓滿地完成了預(yù)定的探測任務(wù)，開創(chuàng)性地發(fā)現(xiàn)了很多類似地球的行星和類似太陽系的多行星系統(tǒng)，不負眾望地完成了自己的使命，可以說是功成身退?！?/p>

未來歸宿

等待評估結(jié)果，或?qū)⒗^續(xù)發(fā)揮余熱

雖說開普勒太空望遠鏡即將面臨“退休”，但是科學(xué)家們?nèi)韵Ｍ馨l(fā)揮一些余熱。吳鑫基說：“即使‘開普勒’結(jié)束了搜尋太陽系外類地行星的主要任務(wù)，但它仍可能被用于其他科研工作?！北M管這臺太空望遠鏡已經(jīng)不可能再像以前那樣完全正常地工作，但是鑒于其積累的科學(xué)數(shù)據(jù)，科學(xué)家們預(yù)計對這些數(shù)據(jù)的分析將在未來帶來更多的新發(fā)現(xiàn)。

2013年8月2日，開普勒太空望遠鏡的科研團隊發(fā)布公告，向整個科學(xué)界征求“開普勒”在目前狀態(tài)下仍然可以進行的有價值的科學(xué)任務(wù)的意見和方案。工程師將嘗試利用現(xiàn)存的2個飛輪和剩余的燃料為開展其他類型的科學(xué)任務(wù)做準備，對“開普勒”進行評估。

同時，美國也正在研發(fā)新一代系外行星觀測衛(wèi)星，計劃于2017年發(fā)射升空“掩星系外行星巡天衛(wèi)星”，它將擁有比“開普勒”強大得多的觀測能力。吳鑫基說：“憑借當(dāng)下快速發(fā)展的科技水平，未來一定會研發(fā)出比‘開普勒’更好的太空望遠鏡，從而替代‘開普勒’幫助人類探索未知的太空?！?/p>