發揮餘熱的行星獵人——開普勒太空望遠鏡

原標題：發揮餘熱的行星獵人——開普勒太空望遠鏡

作者/魯暘筱懿（國家遙感中心副研究員）

審稿/苟利軍（國家天文台研究員）

此時，在浩瀚宇宙中，就在距離地球不遠處一顆人造天體剛剛領到了「退休證」。這架被稱作「開普勒」的太空望遠鏡在辛勤工作近10年後安祥地漫步在繞日心軌道上，看著眼前這片無際的星空，就像「老人與海」。

美國國家航空航天局(NASA)於10月30日宣布，該機構的「行星獵手」——開普勒太空望遠鏡的燃料已用盡，目前已「光榮退休」。在9年觀察任務期間，開普勒發現了數千顆系外行星。望遠鏡在「油枯燈滅」前已將其收集的所有數據下載到任務控制系統內。

開普勒太空望遠鏡（圖片來源：NASA）

碩果累累！工作9年發現數千顆系外行星

「開普勒」是NASA 於 2009 年 3 月 7 日發射上天的太空望遠鏡。整體重 1.039 噸，相機組件為 42 個 解析度1024*2200 的 CCD 組成。開普勒搭載的這一相機組件是人類迄今發射至太空中最大的照相組件。研製和部署開普勒主要目標，簡而言之就是尋找太陽系外行星。四萬兩千三百多個日日夜夜，「開普勒」共向地球傳回了678Gb的觀測數據，截止發稿前，這些數據幫助人類找到了2662顆系外行星，另有2898顆「系外行星」等待驗證。此外開普勒太空望遠鏡對 530506 顆恆星進行了觀測、執行了 732128 次空間指令。

與哈勃太空望遠鏡一樣，「開普勒」也沒有逃脫「空間望遠鏡上天不久就出故障」的魔咒，好在經過微調望遠鏡運行姿態後，開普勒就又重新回到工作崗位。鳳凰涅槃後的「開普勒」做的工作主要包括： 測定在多樣性光譜型恆星適宜居住區域內部或周圍的陸地行星和大型行星數量; 觀測行星微弱光亮的遞減度和所在恆星體系的特徵，測定不同體積大小行星的分布，以及行星的半長軸; 對比一對多恆星體系中發現行星系統的數量來評估多恆星體系中行星的數量和行星的軌道分布狀況; 測定短周期巨行星的密度、質量、體積大小、反照率、半長軸。

這些嚴謹而有的放矢的觀測工作為地球上的我們打開了一扇新的大門。這扇大門通往的是迄今為止我們不曾知曉的行星乃至宇宙結構的世界。在「開普勒」之前，我們甚至不知道：行星在銀河系中是普遍存在的，其數量超過我們星系中的恆星數量。這已被「開普勒」觀測的53萬顆恆星中，20％～50%擁有與地球大小相近的類地行星。此類行星中一些可能位於母恆星的宜居帶內，其表面可能存在液態水，這意味著上面很可能已孕育出了生命。像「Kepler1625b－I」這樣的「系外行星衛星」亦或將是「開普勒」了不起的發現。

這些年「開普勒」捕到的星星們

《西遊記》里齊天大聖孫悟空每當出行都會用金箍棒給唐僧畫個圈，這個圈彷彿無形的門將唐僧與心懷不軌的鬼怪隔開，這扇「門」的兩邊分屬兩界——人間的多彩和魔界的斑斕。「開普勒」眼中的系外行星世界亦是千奇百怪的。早在2011年，對望遠鏡觀測到的系外行星進行研究後發現，其中207顆與地球大小相似、680顆是超級地球、1181顆為海王星大小、203顆為木星的大小、55顆則比木星更大。此外，48顆候選行星被發現位於可居住區。隨著不斷深入研究，一顆顆「奇特」的系外行星登上了「開普勒英雄榜」：

2013年，可能存在著外星生命的「主要候選者」KOI-172.02；

2014年，超級地球HIP 116454 b；

2015年，5顆太陽系外行星圍繞著年齡為112億歲的恆星開普勒444公轉；

2016年，一顆被母恆星「紅矮星開普勒1229」永遠潮汐鎖定的類地系外行星開普勒1229b；

2017年，人類發現的系外第一個具有八顆行星的「太陽系」；

隨著對開普勒數據「遺產」的繼續挖掘，在可期的未來，或許有更多意想不到的系外行星門類被我們發現。

最像太陽系的系外行星系統開普勒－90與太陽系的對比（圖片來源：NASA）

退而不休！系外行星探測衛星「苔絲」將接替其使命

開普勒太空望遠鏡退休的原因是自身攜帶的肼燃料耗盡。這種肼燃料因性質穩定，比沖大的特點而被廣泛應用於世界各國的火箭推進系統中。「油表亮紅燈」後，位於美國航天局艾姆斯研究中心的系統控制人員關閉了它的無線電發射裝置，這也使得開普勒不再會主動聯繫地球。值得一提的是，雖然「開普勒」退休了，但在這之前人類已從望遠鏡上獲得數據可供地球上的科學家足足再研究十年，協同其它人類已發射的空間探測器獲取的數據，「開普勒」實現了自己繼續發揮餘熱「退而不休」的心愿！

技術人員對TESS進行發射前最後檢查（圖片來源：NASA）

接替開普勒繼續開展系外行星觀測研究的是在2018年4月發生升空的系外行星探測衛星（「苔絲」，The Transiting Exoplanet Survey Satellite）。和「開普勒」一樣，「苔絲」也是通過觀察行星在恆星前方通過（即凌日）時恆星亮度的周期性微降來尋找系外行星。不過，「開普勒」在主觀測任務期間是只盯住天空中很小的一個特定方向上的區域，而TESS開展的是全天巡天觀測，因為望遠鏡口徑較小，重點放在臨近和最亮的20萬顆恆星上。

就像開普勒太空望遠鏡、「黎明號」小行星探測器、哈勃太空望遠鏡這樣已經或者即將「卸甲歸田」的人造探測器在美麗的夜空中或許也只留下短暫的星跡，但卻向宇宙萬物宣告了人類探索未知的未酬壯志。接下來「苔絲」、「詹姆斯·韋伯」這些搭載觀測儀器的更先進的太空望遠鏡將為人類探索真理的道路上掌上新的明燈。

俱往矣，數風流人物，還看今朝。

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