開普勒望遠鏡「癱瘓」前的絕唱：新發現十個「第二地球」候選

2009年，「行星獵手」開普勒望遠鏡承載著人類尋找「第二地球」的夢想升空。雖然它在2013年因「癱瘓」――一次嚴重的硬體故障結束了獵捕系外行星的任務，但要對它之前4年的數據進行驗證、統計和分析，仍是一項曠日持久的浩大工程

當地時間6月19日，美國國家航空航天局（NASA）在美國山景城（Mountain View）的發布會上公布了開普勒望遠鏡的第八批，也是最後一批數據：新增219顆候選行星，其中10顆是位於宜居帶的類地行星。至此，開普勒望遠鏡在2009年到2013年捕獲的候選行星全目錄出爐，共計4034顆，其中2335顆已經得到驗證；「第二地球」候選人達到49顆，其中30多顆已經得到驗證。

「行星獵手」開普勒望遠鏡。 本文圖均為 NASA官網 圖

在這最後一批目錄中，科學家們著重挑出了那些圍繞G類恆星（表面溫度5000到6000開爾文，太陽即屬此類）公轉，大小與地球相似的行星。其中有一顆KOI-7711，是迄今為止在各方面最像地球的行星。

行星大小存在斷檔

這是迄今為止最詳細、最全面的系外（編註：太陽系外）行星大名單。有了這麼多行星數據，科學家們迫不及待地想了解一個很多人都好奇的問題：在太陽系中，地球是一顆比較小的行星，木星體積是地球的1300多倍。那麼，在這茫茫宇宙中，地球的大小處於什麼水平？行星一般有多大呢？開普勒望遠鏡給了我們一個會引發新問題的答案。

近年來發現系外行星數量。

科學家們使用位於夏威夷的凱克望遠鏡對開普勒望遠鏡視野中的1300顆行星進行了微調觀測，發現這些行星的直徑大小並不呈連續性變化。它們可以分成涇渭分明的兩組：一組體積小於1.5倍地球，一組體積大於2倍地球。幾乎沒有行星處於這兩組數據之間。科學家們認為，較小的那一組行星主要是固態的「超級地球」（super-earths），而較大的那一組行星主要是氣態的「小海王星」（mini-Neptunes）。

夏威夷大學的博士生Benjamin Fulton說道：「我們分類行星，就像生物學家歸類新物種一樣。發現這兩組隔離開來的系外行星，就像發現哺乳動物和蜥蜴是進化樹上的兩個分支。」

開普勒望遠鏡通過「凌日」現象尋找行星。

目前，科學家們還不知道這種直徑上的斷檔是如何產生的。由於某些未知的原因，大約有一半行星吸引到了一些氫氣和氦氣，然後體積就劇烈膨脹，跳過了這個斷檔，直接變成海王星級別（海王星直徑約為地球4倍）。

Fulton猜測，比較小的「超級地球」可能不足以捕捉到氫氣這樣的活潑氣體。而行星太靠近恆星的話，氫氣也會被驅散。

「第二地球」

這項發現也對科學家尋找「第二地球」有重要的啟示。現在看來，銀河系中一半的已知行星要麼沒有表面，要麼表面隱藏在濃厚、洶湧的大氣層下，都不太可能存在生命。Fulcon認為，若想要尋找地外生命，人們需要集中在那一部分較小型的「超級地球」上。

「開普勒數據集是獨一無二的。它是唯一一份類地行星清單」，開普勒項目組科學家Mario Perez在發布會上說道，「了解它們在銀河系中的比例，能幫助我們設計未來尋找『第二地球』的方案。」

各代系外行星獵手。

NASA並未公布此次新增的10顆處於宜居帶的類地行星的詳細情況。所謂處於宜居帶，是指行星與恆星保持在合適的距離，使得行星上的溫度允許液態水存在。如果這些行星擁有穩定的大氣層，那生命的存在就成為了可能。

「身殘志堅」的開普勒望遠鏡

至此，開普勒望遠鏡在故障前的全部成果已公諸於世。2009年3月，承載著「第二地球」夢想的開普勒望遠鏡發射升空。冠以提出「行星三大定律」的德國天文學家之名，它是一名專業的「行星獵手」。

開普勒望遠鏡到達繞日軌道後，專註地凝視著天鵝座（Cygnus）方向的一角天空，通過「凌日」（transit）現象，監視約15萬顆處於主序星階段的恆星，尋找它們周圍的行星。所謂「凌日」，即當行星掠過恆星表面時，會造成恆星的亮度有所下降，就像日食一樣。

不過，由於角度問題，許多系外行星無法通過凌日現象被發現。「覆蓋整個天空需要400個開普勒望遠鏡。」Perez說道。

儘管如此，開普勒還是找到了49顆與地球大小、軌道都相似的宜居帶行星。這意味著，光在銀河系，這樣的「第二地球」候選人就有很多。

2012年7月，開普勒望遠鏡4個控制朝向的反應輪中的1個故障。2013年5月，另一個反應輪故障，開普勒望遠鏡停止收集數據。

開普勒望遠鏡與K2計劃。

如果你認為開普勒就這麼結束了，那你就錯了。開普勒將繼續「身殘志堅」地工作下去。這得益於NASA一個機智的決定。

2013年8月，NASA宣布放棄維修開普勒望遠鏡，轉而啟動後備的K2計劃。開普勒望遠鏡不能再常規化地監測與太陽類似的恆星、尋找系外行星，只能在繞行時偶爾捕捉到行星的蹤影，並幫助觀測其他一些有趣的天體，比如NASA新近發現的「葫蘆娃星系」TRAPPIST-1。在這一排七個類地行星中，有三顆位於宜居帶。

「葫蘆娃星系」TRAPPIST-1

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