“開(kāi)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(jiàn)的。
太陽(yáng)系外有多少個(gè)地球？直到現在也幾乎沒(méi)有答案，原因就在于目前的天文觀(guān)測還不足以探測到這些“特殊”的行星。說(shuō)這些行星特殊是因為這些小型的巖質(zhì)行星必須在一個(gè)合適的距離上繞著(zhù)它的恒星轉動(dòng)，只有這樣溫度才不會(huì )太高而把水燒開(kāi)，也不會(huì )因為溫度太低而變成一個(gè)冰封的世界。
但是隨著(zhù)2009年3月5日美國宇航局（NASA）開(kāi)普勒空間望遠鏡的上天，這一切行將改變。“開(kāi)普勒”在太陽(yáng)系中的特殊位置和它前所未有的靈敏度將使得人類(lèi)第一次能夠看到位于其他恒星宜居帶中的類(lèi)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(shuō)明]：“開(kāi)普勒”空間望遠鏡和太陽(yáng)系外類(lèi)地行星系統。版權：NASA。
“我們都希望存在許多這樣的行星，”“開(kāi)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(shuō)，“如果有許多太陽(yáng)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(zhù)我們和他們聯(lián)系。
通過(guò)地面上望遠鏡對引力透鏡的觀(guān)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(guān)測，已經(jīng)發(fā)現了兩顆比地球稍大的太陽(yáng)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(zhù)紅矮星Gliese 581轉動(dòng)。兩者中至少有一顆位于宜居帶中，不過(guò)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(wèn)題的關(guān)鍵在于目前發(fā)現這些行星的方法。大部分的太陽(yáng)系外行星是通過(guò)“視向速度”方法被發(fā)現的，它通過(guò)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(dòng)信號來(lái)探測它們。不過(guò)這一方法對于和地球質(zhì)量相仿的低質(zhì)量行星并不敏感。
[圖片說(shuō)明]：“開(kāi)普勒”空間望遠鏡在銀河系中的探測范圍。版權：NASA。
“開(kāi)普勒”就是專(zhuān)門(mén)設計來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的，它將使用“行星凌星”的辦法來(lái)尋找這些“失落”的世界。通過(guò)監測超過(guò)10萬(wàn)顆恒星的周期性亮度變化，就能在行星出現在恒星和“開(kāi)普勒”之間（凌星）的時(shí)候來(lái)發(fā)現它。
“開(kāi)普勒”會(huì )在遠離地球的軌道上圍繞太陽(yáng)轉動(dòng)，以避免地球對它觀(guān)測的干擾。這就使得它可以在三年半的時(shí)間里不間斷地觀(guān)測同一片天區。與之形成對比的是，“科羅”是圍繞地球轉動(dòng)的，因此地球會(huì )遮擋住它的視線(xiàn)。同時(shí)為了避免陽(yáng)光對觀(guān)測的影響，因此“科羅”對同一片天區的最長(cháng)連續觀(guān)測時(shí)間只有五個(gè)月。
[圖片說(shuō)明]：“開(kāi)普勒”空間望遠鏡在天空中所監測的位于天琴座和天鵝座的區域。版權：NASA。
由于可以長(cháng)時(shí)間的監測目標，“開(kāi)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(guān)測次數，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(kāi)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(méi)有人知道“開(kāi)普勒”能發(fā)現多少顆和地球相仿的行星，但是發(fā)現大量木星大小的太陽(yáng)系外行星應該是不在話(huà)下的。大約15%的類(lèi)太陽(yáng)恒星會(huì )具有類(lèi)木行星。由于形成木星需要大量的物質(zhì)，因此博勒基說(shuō)：“我們認為木星的形成要比地球難得多。”
無(wú)論“開(kāi)普勒”發(fā)現了什么，都會(huì )使得太陽(yáng)系外行星探測進(jìn)入下一個(gè)紀元。如果類(lèi)地行星是普遍存在的，那么未來(lái)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(guān)的證據。
NASA和歐洲空間局（ESA）正在分別評估“類(lèi)地行星發(fā)現者”和“達爾文”計劃，它們計劃在2020年前發(fā)射用于觀(guān)測位于恒星宜居帶中的行星。其中主要的目標是觀(guān)測那些穿過(guò)行星大氣的光線(xiàn)的光譜，以此來(lái)尋找和生命有關(guān)的氧和其他化學(xué)成分的信號。
這些計劃最終是否能成功完全取決于“開(kāi)普勒”。如果最終發(fā)現類(lèi)地行星是普遍存在的，那么在未來(lái)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(kāi)普勒”最終發(fā)現宜居帶中的類(lèi)地行星是非常罕見(jiàn)的話(huà)，那么在我們的觀(guān)測能力所能及的范圍內就可能沒(méi)有適合我們研究的目標。而探測更遙遠類(lèi)地行星的計劃，不但在技術(shù)上還存在很大的障礙，而且也需要花很長(cháng)的時(shí)間。
現在歷史至少給了我們一個(gè)機會(huì )來(lái)了解太陽(yáng)系外類(lèi)地行星的是否是罕見(jiàn)的。自從哥白尼把地球從宇宙的中心拉下來(lái)以后，地球在宇宙中的地位“每況愈下”。地球不過(guò)是眾多行星中的一顆，而在發(fā)現了上百顆圍繞其他恒星的行星之后太陽(yáng)系也顯現地并不那么特殊。
但是依然有一個(gè)大問(wèn)題還有待回答，那就是宇宙中是否普遍存在著(zhù)大小和特性都和地球類(lèi)似的行星？“開(kāi)普勒”將會(huì )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(kāi)普勒”空間望遠鏡致力于發(fā)現第一顆太陽(yáng)系外正真的類(lèi)地行星的時(shí)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)現了迄今最小的太陽(yáng)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(zhì)量和組成，但是它的密度和巖質(zhì)的類(lèi)地行星相仿。
[圖片說(shuō)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(dòng)。版權：D Ducros/CNES。
它的軌道非?？拷阈?，公轉周期只有20個(gè)小時(shí)，是已知公轉最快的行星。其表面的溫度超過(guò)1,000℃，因此無(wú)法承載生命，但是在這個(gè)系統中還極有可能有其他行星的存在。
得益于細致的設計過(guò)程，當然還有一些運氣，“科羅”的表現超出了人們的預計。在“科羅”發(fā)回來(lái)的數據中還有數百個(gè)有趣的信號留待后續的大型地面望遠鏡來(lái)觀(guān)測研究。
“科羅”的發(fā)現支持了地球附近還存在太陽(yáng)系外類(lèi)地行星的想法，這對于“開(kāi)普勒”而言無(wú)疑是一個(gè)好消息。而“開(kāi)普勒”也許能夠發(fā)現更多其他的地球。
[New Scientist 2009年02月07日]
標簽：
“開(kāi)普勒”空間望遠鏡,
太陽(yáng)系外類(lèi)地行星作者簡(jiǎn)介
Shea把天文學(xué)帶給大眾
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