地球能否不孤单? "开普勒"寻找系外可居住行星

2009年03月03日09:03  来源:科技日报

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    3月5日,美国航天局(NASA)将发射开普勒探测器,完成首次寻找太阳系外类地可居住行星的任务。 

    按照预定计划,当地时间3月5日晚22时48分(格林尼治时间3月6日3时48分),开普勒探测器将搭乘德尔塔—2型运载火箭,从位于美国东南部佛罗里达州的卡纳维拉尔角升空。 

    这是美国航天局安排的首次旨在寻找类地岩石行星的任务,开普勒探测器是NASA为发现具备类似地球环境的行星所做努力的关键因素。      

    太阳系外有多少个地球?直到现在也几乎没有答案,原因就在于目前的天文观测还不足以探测到这些“特殊”的行星。 

    但是随着2009年3月5日美国航天局(NASA)开普勒空间望远镜的上天,我们将可能揭开这些“特殊”行星的面纱。
 

    原有观测方法存有缺陷 

    “我们都希望存在许多这样的行星,”“开普勒”的首席科学家、NASA艾姆斯研究中心的威廉·博勒基(William Borucki)说,“如果有许多太阳系外地球的存在,那么就可能会有许多生命。也许甚至有地外文明正等着我们和他们联系。” 

    通过地面上望远镜对引力透镜的观测以及2006年发射的“科罗”外星行星探测器对行星凌星的观测,已经发现了两颗比地球稍大的太阳系外行星。这两颗可能由岩石组成的行星的质量约为地球的几倍,都围绕着红矮星Gliese 581转动。两者中至少有一颗位于宜居带中,不过非常靠近宜居带的边缘,因此还很难确定它们的表面是否真能有液态水的存在。 

    问题的关键在于目前发现这些行星的方法。大部分的太阳系外行星是通过“视向速度”方法被发现的,它通过寻找恒星光谱中可能是由于行星的引力作用而产生的周期性运动信号来探测它们。不过这一方法对于和地球质量相仿的低质量行星并不敏感。 

    两大优势,观测更敏感 

    “开普勒”就是专门设计来寻找这些“失落”的世界。它通过监测超过10万颗恒星的周期性亮度变化,就能在行星出现在恒星和“开普勒”之间的时候来发现它。 

    “开普勒”会在远离地球的轨道上围绕太阳转动,以避免地球对它观测的干扰。这就使得它可以在三年半的时间里不间断地观测同一片天区。与之形成对比的是,“科罗”是围绕地球转动的,因此地球会遮挡住它的视线。同时为了避免阳光对观测的影响,因此“科罗”对同一片天区的最长连续观测时间只有五个月。 

    由于可以长时间的监测目标,“开普勒”至少能看到三次轨道周期为一年的行星凌星。这是确认这些严格周期性事件所需的最少观测次数,由此才能排除诸如恒星亮度自身涨落等干扰因素。 

    同时“开普勒”也会比“科罗”灵敏得多。它的有效直径为95厘米,是“科罗”的3.5倍。这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。 

    一周联系望远镜两次 

    来自科罗拉多大学巨石城分校大气与太空物理学实验室(LASP)的20名学生和16名专家组成的小组,将在科罗拉多大学研究园的LASP太空技术大楼里操纵开普勒望远镜在佛罗里达卡纳维拉尔角的发射升空。 

    LASP任务操作与数据分析主管比尔·波塞尔表示,此科罗拉多大学巨石城分校任务操作小组正在和贝尔公司通力合作。贝尔公司制造了开普勒望远镜的主要部件———一个直径一米大望远镜和众多感光微芯片以及开普勒望远镜飞行系统,并对此任务的操作工作提供支持。 

    一旦开普勒望远镜进入狩猎行星的阶段,LASP开普勒任务控制小组将一周联系此望远镜两次,以监视其上面配备的仪器,包括传感器、电池定位控制系统、电压和温度以及负载指令。波塞尔表示,此望远镜将受令每月指向地球一次,将数据“倾卸”给美国航天局分布在地球赤道附近的深空监测网,之后,这些数据将被传送到科罗拉多大学巨石城分校大气与太空物理学实验室,此传输工作有时会持续36到48个小时。 

    接着,LASP将这些数据传送到美国巴尔的摩的太空望远镜科学院,之后再由美国航天局的阿姆斯研究中心进行数据的科学分析。 

    期待“开普勒”的答卷 

    没有人知道“开普勒”能发现多少颗和地球相仿的行星,但是发现大量和木星大小的太阳系外行星应该是不在话下的。大约15%%的类太阳恒星会具有类木行星。由于形成木星需要大量的物质,因此博勒基说:“我们认为木星的形成要比地球难得多。” 

    无论“开普勒”发现了什么,都会使得太阳系外行星探测进入下一个纪元。如果类地行星是普遍存在的,那么未来的计划将仔细地研究其中是否有氧存在以及其他和生命有关的证据。 

    NASA和欧洲空间局(ESA)正在分别评估“类地行星发现者”和“达尔文”计划,它们计划在2020年前发射用于观测位于恒星宜居带中的行星。其中主要的目标是观测那些穿过行星大气的光线的光谱,以此来寻找和生命有关的氧和其他化学成分的信号。 

    这些计划最终是否能成功完全取决于“开普勒”。如果最终发现类地行星是普遍存在的,那么在未来15年内必定掀起一股仔细研究这些行星的热潮。但是如果“开普勒”最终发现宜居带中的类地行星是非常罕见的话,那么在我们的观测能力所能及的范围内就可能没有适合我们研究的目标。而探测更遥远类地行星的计划,不但在技术上还存在很大的障碍,而且也需要花很长的时间。 

    现在历史至少给了我们一个机会来了解太阳系外类地行星是否是罕见的。自从哥白尼把地球从宇宙的中心拉下来以后,地球在宇宙中的地位“每况愈下”。地球不过是众多行星中的一颗,而在发现了上百颗围绕其他恒星的行星之后太阳系也显现的并不那么特殊。 

    宇宙中是否普遍存在着大小和特性都和地球类似的行星?“开普勒”将会为我们做出解答。(谢懿译) 



    欧洲的“科罗”外星行星探测器 

    在“开普勒”空间望远镜致力于发现第一颗太阳系外真正的类地行星的时候,也不应该忘了先前的计划。法国建造的“科罗”外星行星探测器发现了迄今最小的太阳系外行星。 

    距离我们390光年远的Exo7b的直径是地球的两倍。尽管还不确切知道它的质量和组成,但是它的密度和岩质的类地行星相仿。 

    它的轨道非常靠近恒星,公转周期只有20个小时,是已知公转最快的行星。其表面的温度超过1000℃,因此无法承载生命,但是在这个系统中还极有可能有其他行星的存在。 

    得益于细致的设计过程,当然还有一些运气,“科罗”的表现超出了人们的预计。在“科罗”发回来的数据中还有数百个有趣的信号留待后续的大型地面望远镜来观测研究。 

    “科罗”的发现支持了地球附近还存在太阳系外类地行星的想法,这对于“开普勒”而言无疑是一个好消息。而“开普勒”也许能够发现更多其他的地球。

(责编:魏艳)
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