“開普勒”：搜尋其他的地球Shea 發(fā)表于 2009-03-02 10:14
David Shiga 文 Shea 編譯
一架新的空間望遠(yuǎn)鏡不久將告訴我們可承載生命的行星是普遍的還是罕見的。
太陽系外有多少個(gè)地球？直到現(xiàn)在也幾乎沒有答案，原因就在于目前的天文觀測(cè)還不足以探測(cè)到這些“特殊”的行星。說這些行星特殊是因?yàn)檫@些小型的巖質(zhì)行星必須在一個(gè)合適的距離上繞著它的恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，只有這樣溫度才不會(huì)太高而把水燒開，也不會(huì)因?yàn)闇囟忍投兂梢粋€(gè)冰封的世界。
但是隨著2009年3月5日美國宇航局（NASA）開普勒空間望遠(yuǎn)鏡的上天，這一切行將改變。“開普勒”在太陽系中的特殊位置和它前所未有的靈敏度將使得人類第一次能夠看到位于其他恒星宜居帶中的類地行星，而在宜居帶中行星表面的溫度恰好適合液態(tài)水的存在。
[圖片說明]：“開普勒”空間望遠(yuǎn)鏡和太陽系外類地行星系統(tǒng)。版權(quán)：NASA。
“我們都希望存在許多這樣的行星，”“開普勒”的首席科學(xué)家、NASA艾姆斯研究中心的威廉·博勒基（William Borucki）說，“如果有許多太陽系外地球的存在，那么就可能會(huì)有許多生命。”也許甚至有地外文明正等著我們和他們聯(lián)系。
通過地面上望遠(yuǎn)鏡對(duì)引力透鏡的觀測(cè)以及2006年發(fā)射的“科羅”外星行星探測(cè)器對(duì)行星凌星的觀測(cè)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩顆比地球稍大的太陽系外行星。這兩顆可能由巖石組成的行星的質(zhì)量約為地球的幾倍，都圍繞著紅矮星Gliese 581轉(zhuǎn)動(dòng)。兩者中至少有一顆位于宜居帶中，不過非?？拷司訋У倪吘?，因此還很難確定它們的表面是否真能有液態(tài)水的存在。
問題的關(guān)鍵在于目前發(fā)現(xiàn)這些行星的方法。大部分的太陽系外行星是通過“視向速度”方法被發(fā)現(xiàn)的，它通過尋找恒星光譜中可能是由于行星的引力作用而產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)信號(hào)來探測(cè)它們。不過這一方法對(duì)于和地球質(zhì)量相仿的低質(zhì)量行星并不敏感。
[圖片說明]：“開普勒”空間望遠(yuǎn)鏡在銀河系中的探測(cè)范圍。版權(quán)：NASA。
“開普勒”就是專門設(shè)計(jì)來解決這個(gè)問題的，它將使用“行星凌星”的辦法來尋找這些“失落”的世界。通過監(jiān)測(cè)超過10萬顆恒星的周期性亮度變化，就能在行星出現(xiàn)在恒星和“開普勒”之間（凌星）的時(shí)候來發(fā)現(xiàn)它。
“開普勒”會(huì)在遠(yuǎn)離地球的軌道上圍繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，以避免地球?qū)λ^測(cè)的干擾。這就使得它可以在三年半的時(shí)間里不間斷地觀測(cè)同一片天區(qū)。與之形成對(duì)比的是，“科羅”是圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此地球會(huì)遮擋住它的視線。同時(shí)為了避免陽光對(duì)觀測(cè)的影響，因此“科羅”對(duì)同一片天區(qū)的最長(zhǎng)連續(xù)觀測(cè)時(shí)間只有五個(gè)月。
[圖片說明]：“開普勒”空間望遠(yuǎn)鏡在天空中所監(jiān)測(cè)的位于天琴座和天鵝座的區(qū)域。版權(quán)：NASA。
由于可以長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，“開普勒”至少能看到三次軌道周期為一年的行星凌星。這是確認(rèn)這些嚴(yán)格周期性事件所需的最少觀測(cè)次數(shù)，由此才能排除諸如恒星亮度自身漲落等干擾因素。
同時(shí)“開普勒”也會(huì)比“科羅”靈敏得多。它的有效直徑為95厘米，是“科羅”的3.5倍。這使得它可以看到大小只有地球一半、和火星差不多大的行星。
沒有人知道“開普勒”能發(fā)現(xiàn)多少顆和地球相仿的行星，但是發(fā)現(xiàn)大量木星大小的太陽系外行星應(yīng)該是不在話下的。大約15%的類太陽恒星會(huì)具有類木行星。由于形成木星需要大量的物質(zhì)，因此博勒基說：“我們認(rèn)為木星的形成要比地球難得多。”
無論“開普勒”發(fā)現(xiàn)了什么，都會(huì)使得太陽系外行星探測(cè)進(jìn)入下一個(gè)紀(jì)元。如果類地行星是普遍存在的，那么未來的計(jì)劃將仔細(xì)地研究其中是否有氧存在以及其他和生命有關(guān)的證據(jù)。
NASA和歐洲空間局（ESA）正在分別評(píng)估“類地行星發(fā)現(xiàn)者”和“達(dá)爾文”計(jì)劃，它們計(jì)劃在2020年前發(fā)射用于觀測(cè)位于恒星宜居帶中的行星。其中主要的目標(biāo)是觀測(cè)那些穿過行星大氣的光線的光譜，以此來尋找和生命有關(guān)的氧和其他化學(xué)成分的信號(hào)。
這些計(jì)劃最終是否能成功完全取決于“開普勒”。如果最終發(fā)現(xiàn)類地行星是普遍存在的，那么在未來15年內(nèi)必定掀起一股仔細(xì)研究這些行星的熱潮。但是如果“開普勒”最終發(fā)現(xiàn)宜居帶中的類地行星是非常罕見的話，那么在我們的觀測(cè)能力所能及的范圍內(nèi)就可能沒有適合我們研究的目標(biāo)。而探測(cè)更遙遠(yuǎn)類地行星的計(jì)劃，不但在技術(shù)上還存在很大的障礙，而且也需要花很長(zhǎng)的時(shí)間。
現(xiàn)在歷史至少給了我們一個(gè)機(jī)會(huì)來了解太陽系外類地行星的是否是罕見的。自從哥白尼把地球從宇宙的中心拉下來以后，地球在宇宙中的地位“每況愈下”。地球不過是眾多行星中的一顆，而在發(fā)現(xiàn)了上百顆圍繞其他恒星的行星之后太陽系也顯現(xiàn)地并不那么特殊。
但是依然有一個(gè)大問題還有待回答，那就是宇宙中是否普遍存在著大小和特性都和地球類似的行星？“開普勒”將會(huì)為我們做出解答。
歐洲的“科羅”外星行星探測(cè)器
Govert Schilling 文 Shea 編譯
在“開普勒”空間望遠(yuǎn)鏡致力于發(fā)現(xiàn)第一顆太陽系外正真的類地行星的時(shí)候，也不應(yīng)該忘了先前的計(jì)劃。法國建造的“科羅”外星行星探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了迄今最小的太陽系外行星。
距離我們390光年遠(yuǎn)的Exo7b的直徑是地球的兩倍。盡管還不確切知道它的質(zhì)量和組成，但是它的密度和巖質(zhì)的類地行星相仿。
[圖片說明]：由法國國家空間局主導(dǎo)、歐洲空間局參與的“科羅”外星行星探測(cè)器。“科羅”發(fā)射于2006年底，在一條圓形極軌道上環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。版權(quán)：D Ducros/CNES。
它的軌道非常靠近恒星，公轉(zhuǎn)周期只有20個(gè)小時(shí)，是已知公轉(zhuǎn)最快的行星。其表面的溫度超過1,000℃，因此無法承載生命，但是在這個(gè)系統(tǒng)中還極有可能有其他行星的存在。
得益于細(xì)致的設(shè)計(jì)過程，當(dāng)然還有一些運(yùn)氣，“科羅”的表現(xiàn)超出了人們的預(yù)計(jì)。在“科羅”發(fā)回來的數(shù)據(jù)中還有數(shù)百個(gè)有趣的信號(hào)留待后續(xù)的大型地面望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)研究。
“科羅”的發(fā)現(xiàn)支持了地球附近還存在太陽系外類地行星的想法，這對(duì)于“開普勒”而言無疑是一個(gè)好消息。而“開普勒”也許能夠發(fā)現(xiàn)更多其他的地球。
[New Scientist 2009年02月07日]
標(biāo)簽：
“開普勒”空間望遠(yuǎn)鏡,
太陽系外類地行星作者簡(jiǎn)介
Shea把天文學(xué)帶給大眾
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