開普勒太空望遠(yuǎn)鏡搜尋之旅
所謂系外行星,就是位于太陽系之外,圍繞另一顆恒星運(yùn)行的行星。7月23日,美國國家
航空航天局對(duì)外發(fā)布預(yù)告,將于
北京時(shí)間7月24日零點(diǎn)整對(duì)外發(fā)布有關(guān)系外行星搜尋“令人興奮”的新消息。預(yù)告稱“天文學(xué)家們已經(jīng)接近幾千年來我們所夢想的目標(biāo)——發(fā)現(xiàn)另一個(gè)地球。”這個(gè)預(yù)告一下子吸引了全球新聞界特別是科技媒體的關(guān)注。
從7月14日“新視野號(hào)”飛掠冥王星和冥衛(wèi)持續(xù)數(shù)天的新聞報(bào)道,到前幾天鉑金小行星飛越地球附近的“財(cái)富誘惑”,再到今天宣布發(fā)現(xiàn)另一個(gè)地球——開普勒452b 。今年7月的這個(gè)夏天,太空和宇宙探索的新聞讓我們把目光投向?qū)庫o絢爛的遙遠(yuǎn)星空,似乎它們能夠在酷暑煎熬中帶給我們一絲清涼。
以我的個(gè)人分析,這次新聞發(fā)布會(huì)更像是花費(fèi)了6億多美元的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡向全球公眾,特別是美國政府、國會(huì)和納稅人的“匯報(bào)演出”,目的是告訴他們,你們給的這些錢沒有白花,以爭取得到進(jìn)一步的研究資助。我們應(yīng)該知道,NASA不僅僅是一個(gè)龐大的航天科研機(jī)構(gòu),它也是一個(gè)政府部門,在科學(xué)傳播和新聞素材的饑渴發(fā)布,以及吊人胃口、吸引眼球方面已經(jīng)十分嫻熟,類似的操作手段,我們其實(shí)已經(jīng)屢見不鮮。這些操作既塑造了它良好的公眾形象,傳播了科學(xué)精神,也回應(yīng)了公眾期待。
開普勒太空望遠(yuǎn)鏡由NASA下屬的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制,它攜帶的最主要的科學(xué)儀器——光度計(jì)配備了一個(gè)直徑95厘米的透鏡。與哈勃望遠(yuǎn)鏡主要用來拍攝星空圖片不同,開普勒望遠(yuǎn)鏡是世界上第一顆探測系外行星的航天器。2009年3月7日,開普勒望遠(yuǎn)鏡從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地17-B發(fā)射臺(tái)發(fā)射升空,在3年多的任務(wù)期內(nèi),開普勒望遠(yuǎn)鏡對(duì)天鵝座和天琴座中約10萬個(gè)恒星系統(tǒng)開展了觀測,目的是搜尋太陽系外的行星,特別是搜尋與地球相似、由巖石構(gòu)成,并位于恒星宜居帶上的行星,以研究銀河系內(nèi)行星系統(tǒng)的多樣性。所謂“宜居帶”是指恒星所屬的行星系統(tǒng)中適合生命存在的區(qū)域,在太陽系中,距離太陽0.99~1.70天文單位(1天文單位等于1.5億公里)之間的區(qū)域被稱為宜居帶。由于恒星輻射強(qiáng)度的差異,宜居帶與恒星的距離有所不同。
開普勒望遠(yuǎn)鏡通過觀測行星穿越恒星的“凌日”現(xiàn)象搜尋系外行星。所謂“凌日”是指行星經(jīng)過其所屬的母恒星前的現(xiàn)象,就像地球上觀測水星或金星凌日的天象時(shí),我們會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽表面有個(gè)小黑點(diǎn)在緩慢移動(dòng)。當(dāng)行星運(yùn)行到開普勒望遠(yuǎn)鏡與這顆行星所屬的恒星系統(tǒng)之間時(shí),由于行星的遮擋,望遠(yuǎn)鏡上的光度計(jì)接收到的恒星亮度信號(hào)會(huì)減弱。開普勒望遠(yuǎn)鏡上的光度計(jì)非常靈敏,可以檢測到恒星亮度的十萬分之一的微弱變化。科學(xué)家根據(jù)恒星亮度周期性的微弱變化,可以推算出系外行星的大小和軌道周期。
為了精確對(duì)準(zhǔn)觀測天區(qū),開普勒望遠(yuǎn)鏡配備了4個(gè)反應(yīng)輪以控制望遠(yuǎn)鏡的方向,其中至少要有3個(gè)反應(yīng)輪正常工作才能實(shí)施觀測。2012年7月,望遠(yuǎn)鏡上的1個(gè)反應(yīng)輪出現(xiàn)故障,但仍可正常觀測。2012年11月,望遠(yuǎn)鏡原定的主要觀測任務(wù)順利完成,原計(jì)劃將觀測壽命延長4年。但2013年5月,又一個(gè)反應(yīng)輪出現(xiàn)故障,由于無法湊齊3個(gè)反應(yīng)輪一起工作,望遠(yuǎn)鏡的正常觀測基本停止。經(jīng)過連續(xù)數(shù)月的分析測試和挽救努力后,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于2013年8月19日宣布放棄修復(fù)望遠(yuǎn)鏡,轉(zhuǎn)而讓其承擔(dān)其它研究任務(wù)。
新聞發(fā)布會(huì)準(zhǔn)時(shí)開始,以音頻和圖片形式向全球直播,開普勒望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)宣布發(fā)現(xiàn)了迄今為止與地球最相似的系外行星——開普勒452b(Kepler 452b)。
開普勒452b的直徑比地球大60%,距離地球約1400光年(1光年約等于10萬億公里),位于天鵝座。2015年1月6日,NASA曾經(jīng)發(fā)布開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的第1000顆系外行星,其中開普勒438b、開普勒442b、開普勒440b等三顆行星的運(yùn)行軌道位于宜居帶內(nèi),當(dāng)時(shí)報(bào)道也稱之為“另一個(gè)地球”。但那三顆行星圍繞運(yùn)行的恒星是質(zhì)量較小、溫度較低的紅矮星,而開普勒452b圍繞運(yùn)行的是一顆與太陽相似的恒星——開普勒452。
由于“凌日”法只能測量系外行星的直徑大小,無法估算其質(zhì)量,因此無法根據(jù)密度判斷開普勒452b究竟是不是巖石質(zhì)的行星。但根據(jù)理論模型推測,開普勒452b的質(zhì)量可能約為地球的5倍,若推測成立,則它應(yīng)該是一顆巖石行星,而不是像木星、土星、海王星那樣氣液態(tài)的巨行星。
開普勒452b的軌道周期(一年)約為385天,接近地球上的一年365天。由于這顆系外行星與母恒星的距離適中,位于溫度適宜的宜居帶,科學(xué)家猜想它的表面可能存在液態(tài)水。
雖然新聞報(bào)道時(shí)大多稱之為“第二個(gè)地球”,但嚴(yán)格說來,開普勒452b是一顆圍繞與太陽相似的恒星運(yùn)行,與這顆恒星之間的距離適中的系外行星。所以,開普勒452b并不是嚴(yán)格意義上的“另一個(gè)地球”,只能說是迄今為止與地球最相似的系外行星。盡管如此,這仍然是搜尋“另一個(gè)地球”所取得的重要進(jìn)展。
根據(jù)估算,恒星開普勒452的年齡約為60億年,比太陽還要老15億年,圍繞這顆恒星運(yùn)行的開普勒452b的年齡也接近60億年。由于恒星的光度會(huì)隨著年齡增長而老當(dāng)益壯,逐漸增強(qiáng),因此在開普勒452形成后的50億年內(nèi),這顆系外行星接收到的光照強(qiáng)度應(yīng)該比地球弱,但如今開普勒452b接收到的光照強(qiáng)度已經(jīng)超過了地球。這說明隨著太陽年齡的增長,地球上接收到的光照強(qiáng)度也將逐漸增強(qiáng)。
此次發(fā)布會(huì)同時(shí)發(fā)布了11顆直徑小于地球2倍、位于宜居帶內(nèi)的系外行星,但其結(jié)果還需進(jìn)一步確認(rèn)。
探測冥王星的“新視野號(hào)”飛船是迄今為止飛得最快的深空探測器,如果讓它從現(xiàn)在開始趕赴開普勒452b,按照“新視野號(hào)”目前5.9萬公里/小時(shí)的飛行速度,飛到“第二個(gè)地球”需要約2709萬年,而人類在地球上的全部歷史也不過200萬年,看來有生之年你我是不可能去那里旅游的了。