“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還不足以探測到這些“特殊”的行星。說這些行星特殊是因為這些小型的巖質行星必須在一個合適的距離上繞著它的恒星轉動，只有這樣溫度才不會太高而把水燒開，也不會因為溫度太低而變成一個冰封的世界。
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”空間望遠鏡和太陽系外類地行星系統(tǒng)。版權：NASA。
“我們都希望存在許多這樣的行星，”“開普勒”的首席科學家、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。
通過地面上望遠鏡對引力透鏡的觀測以及2006年發(fā)射的“科羅”外星行星探測器對行星凌星的觀測，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量約為地球的幾倍，都圍繞著紅矮星Gliese 581轉動。兩者中至少有一顆位于宜居帶中，不過非常靠近宜居帶的邊緣，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)生的周期性運動信號來探測它們。不過這一方法對于和地球質量相仿的低質量行星并不敏感。
[圖片說明]：“開普勒”空間望遠鏡在銀河系中的探測范圍。版權：NASA。
“開普勒”就是專門設計來解決這個問題的，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）的時候來發(fā)現(xiàn)它。
“開普勒”會在遠離地球的軌道上圍繞太陽轉動，以避免地球對它觀測的干擾。這就使得它可以在三年半的時間里不間斷地觀測同一片天區(qū)。與之形成對比的是，“科羅”是圍繞地球轉動的，因此地球會遮擋住它的視線。同時為了避免陽光對觀測的影響，因此“科羅”對同一片天區(qū)的最長連續(xù)觀測時間只有五個月。
[圖片說明]：“開普勒”空間望遠鏡在天空中所監(jiān)測的位于天琴座和天鵝座的區(qū)域。版權：NASA。
由于可以長時間的監(jiān)測目標，“開普勒”至少能看到三次軌道周期為一年的行星凌星。這是確認這些嚴格周期性事件所需的最少觀測次數(shù)，由此才能排除諸如恒星亮度自身漲落等干擾因素。
同時“開普勒”也會比“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該是不在話下的。大約15%的類太陽恒星會具有類木行星。由于形成木星需要大量的物質，因此博勒基說：“我們認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，都會使得太陽系外行星探測進入下一個紀元。如果類地行星是普遍存在的，那么未來的計劃將仔細地研究其中是否有氧存在以及其他和生命有關的證據(jù)。
NASA和歐洲空間局（ESA）正在分別評估“類地行星發(fā)現(xiàn)者”和“達爾文”計劃，它們計劃在2020年前發(fā)射用于觀測位于恒星宜居帶中的行星。其中主要的目標是觀測那些穿過行星大氣的光線的光譜，以此來尋找和生命有關的氧和其他化學成分的信號。
這些計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年內必定掀起一股仔細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，那么在我們的觀測能力所能及的范圍內就可能沒有適合我們研究的目標。而探測更遙遠類地行星的計劃，不但在技術上還存在很大的障礙，而且也需要花很長的時間。
現(xiàn)在歷史至少給了我們一個機會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”將會為我們做出解答。
歐洲的“科羅”外星行星探測器
Govert Schilling 文 Shea 編譯
在“開普勒”空間望遠鏡致力于發(fā)現(xiàn)第一顆太陽系外正真的類地行星的時候，也不應該忘了先前的計劃。法國建造的“科羅”外星行星探測器發(fā)現(xiàn)了迄今最小的太陽系外行星。
距離我們390光年遠的Exo7b的直徑是地球的兩倍。盡管還不確切知道它的質量和組成，但是它的密度和巖質的類地行星相仿。
[圖片說明]：由法國國家空間局主導、歐洲空間局參與的“科羅”外星行星探測器。“科羅”發(fā)射于2006年底，在一條圓形極軌道上環(huán)繞地球轉動。版權：D Ducros/CNES。
它的軌道非?？拷阈?，公轉周期只有20個小時，是已知公轉最快的行星。其表面的溫度超過1,000℃，因此無法承載生命，但是在這個系統(tǒng)中還極有可能有其他行星的存在。
得益于細致的設計過程，當然還有一些運氣，“科羅”的表現(xiàn)超出了人們的預計。在“科羅”發(fā)回來的數(shù)據(jù)中還有數(shù)百個有趣的信號留待后續(xù)的大型地面望遠鏡來觀測研究。
“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，這對于“開普勒”而言無疑是一個好消息。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]
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“開普勒”空間望遠鏡,
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