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如果說悲劇會“引發觀眾對劇中人的憐憫,以及對命運無常的體會”,那麼開普勒空間望遠鏡的謝幕算不上悲劇,隻是圓滿多過悲傷的離別。
10月30日,美國國家航空航天局(NASA)宣布,該機構的“行星獵手”——開普勒空間望遠鏡“光榮退休”。
出師大捷
發現銀河係中普遍存在超級地球
2010年元旦剛過,美國華盛頓特區春寒料峭。來自全國各地的天文工作者、公眾,以及記者們齊聚在這裏,等待NASA科學家比爾·博魯茨基(Bill Borucki)作關於開普勒空間望遠鏡觀測進展的報告。
開普勒空間望遠鏡於2009年3月升空。而比爾·博魯茨基算是它的“爸爸”。他在這次報告中提到,利用前43天的高精度觀測數據,剛升空9個月的開普勒空間望遠鏡共發現了5顆ke係xi外wai行xing星xing,它ta們men基ji本ben都dou是shi熱re木mu星xing。這zhe不bu能neng不bu說shuo是shi一yi個ge良liang好hao的de開kai端duan。然ran而er,這zhe已yi經jing不bu是shi第di一yi次ci發fa現xian熱re木mu星xing了le,帶dai給gei公gong眾zhong和he科ke學xue界jie的de震zhen撼han遠yuan不bu如ru預yu期qi。
開普勒空間望遠鏡並沒有讓大家失落很久。6個月之後,開普勒空間望遠鏡宣布發現了第一個係外多行星係統——Kepler-9。更為神奇的是,行星Kepler-9b和Kepler-9c的軌道周期比接近2∶1,接近一種被稱為“共振”deguidaogouxing。zaizhezhonggouxingxia,liangkexingxingxianghuzuoyongqianglie,qiguidaozhouqibianhuakeyigaodayitian。tongguofenxizhezhongguidaozhouqibianhua,hafodaxuedetiantiwulixuejiamate·赫蒙(Matt Holman)推算出了Kepler-9b和Kepler-9c的行星質量。用馬特·赫蒙的原話說就是後來所有通過周期變化分析行星質量的研究,都是按照這篇文章的思路來開展的。
NASA在2011年宣布發現的Kepler-11更是一個裏程碑式的發現。Kepler-11有6顆行星,其中5顆行星都位於太陽係水星軌道以內。要知道,太陽係水星軌道以內可是什麼都沒有。更為神奇的是,這6顆行星的大小,都基本介於地球和海王星之間。這類行星被稱為超級地球,或者迷你海王星。
開普勒空間望遠鏡有很多令人驚異的發現,而其中最令人驚異的莫過於發現Kepler-11這類超級地球在銀河係中是一種非常普遍的存在,30%—50%的恒星周圍,都有超級地球的存在。然而我們太陽係並沒有這種天體,太陽係裏沒有任何天體比地球大,同時比天王星小。
生死涅槃
靠太陽光壓“續命”創造新輝煌
開普勒空間望遠鏡的巨大成功,讓人們期待它有更多產出。
然而,命運無常。2013年5月(yue),開(kai)普(pu)勒(le)空(kong)間(jian)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)在(zai)運(yun)行(xing)了(le)四(si)年(nian)半(ban)之(zhi)後(hou),兩(liang)個(ge)動(dong)力(li)輪(lun)連(lian)續(xu)失(shi)效(xiao),僅(jin)靠(kao)剩(sheng)餘(yu)的(de)兩(liang)個(ge)動(dong)力(li)輪(lun)已(yi)無(wu)法(fa)完(wan)成(cheng)係(xi)外(wai)行(xing)星(xing)探(tan)測(ce)所(suo)需(xu)的(de)高(gao)精(jing)度(du)觀(guan)測(ce)。這(zhe)就(jiu)是(shi)小(xiao)學(xue)就(jiu)學(xue)到(dao)的(de)三(san)點(dian)更(geng)穩(wen)定(ding)的(de)知(zhi)識(shi)在(zai)現(xian)實(shi)中(zhong)殘(can)酷(ku)的(de)應(ying)用(yong)。
這該怎麼辦?
成功如開普勒空間望遠鏡的空間項目,即便是就此退役,也是一個時代的榮光。然而航天工程師道格·維墨爾(Doug Wiemer)把這個雖敗猶榮的悲情事故寫成了挽狂瀾於既倒、扶大廈之將傾的傳奇故事。
道格·維(wei)墨(mo)爾(er)提(ti)出(chu),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)讓(rang)開(kai)普(pu)勒(le)空(kong)間(jian)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)的(de)太(tai)陽(yang)帆(fan)板(ban)始(shi)終(zhong)對(dui)著(zhe)太(tai)陽(yang),利(li)用(yong)太(tai)陽(yang)對(dui)帆(fan)板(ban)的(de)輻(fu)射(she)光(guang)壓(ya)充(chong)當(dang)一(yi)個(ge)動(dong)力(li)輪(lun),和(he)另(ling)兩(liang)個(ge)還(hai)在(zai)工(gong)作(zuo)的(de)動(dong)力(li)輪(lun)一(yi)起(qi)來(lai)保(bao)持(chi)觀(guan)測(ce)平(ping)台(tai)穩(wen)定(ding),進(jin)而(er)對(dui)背(bei)對(dui)太(tai)陽(yang)的(de)黃(huang)道(dao)12宮繼續進行高精度的係外行星探測。
這個聽起來相當科幻的想法,最終將一個近乎終結的項目,推向了新的輝煌。
經過維修重新投入工作的望遠鏡約每3個月變換一次視野,人們將這一階段的觀測任務稱為K2任務。而K2renwuhoulaisuozuodaode,bingbujinjinshiduofaxianlejibaikexiwaixingxingzhemejiandan。taganleyibufenkaipulekongjianwangyuanjingzhiqianqiahaobunenggandehuo,youqiangxianganleyibufenjinnian4月發射的淩日係外行星勘探衛星(TESS)想幹的活。
通過淩星法對係外行星的搜索可以分成兩類。一類是以開普勒空間望遠鏡為代表的深場(Deep Field)sousuo,yejiushidingzhetiankongyikuaibudadequyukanhenduonian。zheleisousuodehaochushi,keyifaxianhenduochangzhouqidexingxing,keyitancedaofeichangxiaodexingxing,haikeyitongguoyanjiuguidaozhouqibianhua,celiangxingxingzhiliang。danzheleisousuodequedianshi,youyuquantianliangxingyouxian,fenbuxishu,ruguozhidingzheyigedifangkan,faxiandedongxidaduoshudouhenandan,hennanliyongdimianxianyouwangyuanjingjinxinghouxuyanjiu。zheyeshiweishenmewomenduinaxieqiguaidechaojidiqiusuozhishenshaodeyuanyin。
另一類是以TESS為代表的廣場(Wide Field)sousuo。yushenchangsousuoxiangfandeshi,zheleisousuoduiquantianjinxingdamianjiguance,danshimeiyigequyubingbuhuiguancehenchangshijian。zheleiguancedehaochushihuifaxianhenduoliangxingzhouweidexiwaixingxing,keyiduiqijinxingshenrudehouxuguanceyanjiu。zheleiguanceyeyoubiduan——由於隻在一個區域內停留較短的時間,所以很難進行需要長時間觀測的研究。
K2任務是一個深場和廣場的結合。由於K2任務需要不停變化指向,其觀測天區麵積是開普勒空間望遠鏡之前觀測天區的十幾倍,這讓我們在TESS上天之前就觀測到了很多圍繞亮星的係外行星。我們可以很好地研究這些行星的質量、組成、形成與演化。而K2在同一片天空的觀測時長又是TESS的3倍,能找到很多TESS找不到的長周期行星。
偉大遺產
拓寬人類認識行星的視野
在K2任務期間,開普勒空間望遠鏡的表現一如既往地優秀,使其觀測的恒星總數增加到超過50萬顆,發現並確認一係列新的係外行星。如果K2任務代表著過去五年係外行星研究的皇冠,那麼WASP-47b就是這顆皇冠上最閃耀的明珠。
WASP-47b是由地麵望遠鏡發現的熱木星,又正好落於K2任務的天區之中。K2任務觀測發現這顆熱木星附近還有兩顆較小的行星。這一觀測結果直接改變了近10年來人們對熱木星形成演化的主流理解——熱木星並沒有我們想象的那麼孤單。如果沒有K2任務,我們恐怕得等到2019年,才可能由TESS完成這個發現。從這個角度看,K2任務讓我們對係外行星的理解,提前了至少5年。
在凝望星空的9年時間裏,開普勒空間望遠鏡共確認了2662顆行星(截至2018年10月24日),此外還發現了近2900顆待確認的行星。“行星獵手”的稱號實至名歸。開普勒空間望遠鏡拓寬了我們認識行星的視野,也帶給我們更多思考——在zai銀yin河he係xi中zhong普pu遍bian存cun在zai的de超chao級ji地di球qiu到dao底di是shi種zhong什shen麼me行xing星xing?它ta們men有you濃nong密mi的de大da氣qi,還hai是shi像xiang地di球qiu一yi樣yang由you岩yan石shi構gou成cheng?對dui這zhe些xie問wen題ti我wo們men知zhi之zhi甚shen少shao,留liu待dai開kai普pu勒le的de繼ji任ren者zhe們men去qu求qiu解jie。

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