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“续命”五年终离别,它无愧于“行星猎手”的称号

来源:网络整理 2018-11-09 10:30

如果说悲剧会“引发观众对剧中人的怜悯,以及对命运无常的体会”,那么开普勒空间望远镜的谢幕算不上悲剧,只是圆满多过悲伤的离别。

本文图片来源于网络

10月30日,美国国家航空航天局(NASA)宣布,该机构的“行星猎手”——开普勒空间望远镜“光荣退休”。

出师大捷

发现银河系中普遍存在超级地球

2010年元旦刚过,美国华盛顿特区春寒料峭。来自全国各地的天文工作者、公众,以及记者们齐聚在这里,等待NASA科学家比尔·博鲁茨基(Bill Borucki)作关于开普勒空间望远镜观测进展的报告。

开普勒空间望远镜于2009年3月升空。而比尔·博鲁茨基算是它的“爸爸”。他在这次报告中提到,利用前43天的高精度观测数据,刚升空9个月的开普勒空间望远镜共发现了5颗系外行星,它们基本都是热木星。这不能不说是一个良好的开端。然而,这已经不是第一次发现热木星了,带给公众和科学界的震撼远不如预期。

开普勒空间望远镜并没有让大家失落很久。6个月之后,开普勒空间望远镜宣布发现了第一个系外多行星系统——Kepler-9。更为神奇的是,行星Kepler-9b和Kepler-9c的轨道周期比接近2∶1,接近一种被称为“共振”的轨道构型。在这种构型下,两颗行星相互作用强烈,其轨道周期变化可以高达一天。通过分析这种轨道周期变化,哈佛大学的天体物理学家马特·赫蒙(Matt Holman)推算出了Kepler-9b和Kepler-9c的行星质量。用马特·赫蒙的原话说就是后来所有通过周期变化分析行星质量的研究,都是按照这篇文章的思路来开展的。

NASA在2011年宣布发现的Kepler-11更是一个里程碑式的发现。Kepler-11有6颗行星,其中5颗行星都位于太阳系水星轨道以内。要知道,太阳系水星轨道以内可是什么都没有。更为神奇的是,这6颗行星的大小,都基本介于地球和海王星之间。这类行星被称为超级地球,或者迷你海王星。

开普勒空间望远镜有很多令人惊异的发现,而其中最令人惊异的莫过于发现Kepler-11这类超级地球在银河系中是一种非常普遍的存在,30%—50%的恒星周围,都有超级地球的存在。然而我们太阳系并没有这种天体,太阳系里没有任何天体比地球大,同时比天王星小。

生死涅槃

靠太阳光压“续命”创造新辉煌

开普勒空间望远镜的巨大成功,让人们期待它有更多产出。

然而,命运无常。2013年5月,开普勒空间望远镜在运行了四年半之后,两个动力轮连续失效,仅靠剩余的两个动力轮已无法完成系外行星探测所需的高精度观测。这就是小学就学到的三点更稳定的知识在现实中残酷的应用。

这该怎么办?

成功如开普勒空间望远镜的空间项目,即便是就此退役,也是一个时代的荣光。然而航天工程师道格·维墨尔(Doug Wiemer)把这个虽败犹荣的悲情事故写成了挽狂澜于既倒、扶大厦之将倾的传奇故事。

道格·维墨尔提出,我们可以让开普勒空间望远镜的太阳帆板始终对着太阳,利用太阳对帆板的辐射光压充当一个动力轮,和另两个还在工作的动力轮一起来保持观测平台稳定,进而对背对太阳的黄道12宫继续进行高精度的系外行星探测。

这个听起来相当科幻的想法,最终将一个近乎终结的项目,推向了新的辉煌。

经过维修重新投入工作的望远镜约每3个月变换一次视野,人们将这一阶段的观测任务称为K2任务。而K2任务后来所做到的,并不仅仅是多发现了几百颗系外行星这么简单。它干了一部分开普勒空间望远镜之前恰好不能干的活,又抢先干了一部分今年4月发射的凌日系外行星勘探卫星(TESS)想干的活。

通过凌星法对系外行星的搜索可以分成两类。一类是以开普勒空间望远镜为代表的深场(Deep Field)搜索,也就是盯着天空一块不大的区域看很多年。这类搜索的好处是,可以发现很多长周期的行星,可以探测到非常小的行星,还可以通过研究轨道周期变化,测量行星质量。但这类搜索的缺点是,由于全天亮星有限,分布稀疏,如果只盯着一个地方看,发现的东西大多数都很暗淡,很难利用地面现有望远镜进行后续研究。这也是为什么我们对那些奇怪的超级地球所知甚少的原因。

另一类是以TESS为代表的广场(Wide Field)搜索。与深场搜索相反的是,这类搜索对全天进行大面积观测,但是每一个区域并不会观测很长时间。这类观测的好处是会发现很多亮星周围的系外行星,可以对其进行深入的后续观测研究。这类观测也有弊端——由于只在一个区域内停留较短的时间,所以很难进行需要长时间观测的研究。

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