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深空望远镜发现一大波域外行星

2016-12-13

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美国航天局10日召开电话记者会宣布,其开普勒太空望远镜一口气确认了1284颗行星的存在,这使太阳系外已知行星的总数翻了约一番,为人类探索宇宙、寻找“可生存外星”提供了更大潜力。


发现系外行星最多一次


这项研究发表在新一期美国《天体物理学杂志》上。在确认的行星中,近550颗可能是类似地球的岩石行星,其中有9颗位于其恒星的宜居带中。宜居带系外行星也因此增至21颗。


论文第一作者、普林斯顿大学副研究员蒂莫西·莫顿在记者会上说:“今天,我们宣布开普勒任务发现1284颗新的行星,这是迄今一次性宣布发现系外行星最多的一次。”


至此,人类已确认的系外行星超过3200颗,其中仅开普勒太空望远镜就发现了2325颗。


美国航天局首席科学家埃伦·斯托凡评价说,这项发现给人们带来希望,“在宇宙中的某个地方,类似我们太阳的某颗恒星的周围,我们将最终能够找到又一个地球”。


宜居带行星是指与恒星距离适中、表面温度条件适宜、理论上可保有液态水的行星。这类行星是寻找外星生命存在的理想对象。


使用新型统计分析方法


自20多年前人类发现首颗太阳系外行星以来,科学家通常用一一确认的方法来验证疑似行星,这是一项费时费力的工作。而最新研究基于一种新型统计分析方法,这个新方法使用名为“Vespa”的快速、自动的软件系统,能同时应用于多颗疑似行星,计算每个候选者是行星的概率,概率超过99%就被认定为行星。“Vespa”系统的搜选方式是依靠接收到的开普勒望远镜发现的候选行星的信号。


按莫顿的话说,候选行星就类似面包屑。如果地板上掉的是大的面包屑,还能一颗一颗捡起来。但如果丢的是一大包细面包屑,就得用扫帚扫,而新型统计分析方法就是他们的“扫帚”。


莫顿与同事利用新“扫帚”分析了开普勒去年7月归类的4302颗疑似行星。结果发现有1284颗满足行星的定义,1327颗“很可能”是行星但仍需进一步研究,707颗很可能是某种其他天体物理现象。此外,984颗此前已获确认的行星被这项技术再次验证。


背景资料


外星“神探”开普勒


耗资6亿美元的开普勒望远镜于2009年3月发射升空,以德国着名天文学家约翰内斯·开普勒的名字命名,是世界上首个专门用于搜寻太阳系外类地行星的航天器。它绕太阳飞行,运行轨道和地球轨道基本重合,通过观测行星凌日现象,在天鹅座和天琴座的大约10万个恒星系中搜寻与地球类似的行星。


具体来说,开普勒太空望远镜每隔30分钟会同时监测约10万颗恒星亮度的变化,当某颗行星经过恒星表面、即“凌日”时,它就可观测到恒星因受行星遮挡所发生的细微亮度变化,即通过捕捉星星的“眨眼”来判断行星的存在。


据美国航天局官网介绍,由于行星轨道和恒星类型不同,凌日现象大约会持续1小时至半天时间。每一段“眨眼”时间,就是开普勒望远镜的“捕猎”黄金期。


上个月,开普勒曾进入紧急模式,仅维持最低限度运行能力,后经科学家努力才安度危机。在2013年,因4个反应轮中的两个出现故障,开普勒望远镜曾被宣布“死亡”。2014年,科学家用太阳光子产生的压力作为一个“虚拟反应轮”,让这台太空望远镜得以重生。


科普


1、“批发”是如何做到的


2013年,开普勒望远镜团队曾发现,银河系中大约有400亿颗类似太阳的恒星,其中大约每5颗就有一颗拥有类似地球的行星。

天文学家并不是直接用望远镜看到行星,而是间接地通过观测其绕转恒星的亮度推断出来的。


从观察者的角度,行星在围绕恒星旋转时,每转一圈就会从恒星前经过一次,恒星的光也会被遮挡住一点,外界看来这颗恒星就会周期性地变暗一点,从而推断出这颗恒星周边存在一颗绕其运转的行星,这被称为掩星法。


过去,科学家寻找系外行星要对着不同的恒星用掩星法一个接一个分析,一次只能发现一颗或少数几颗。但近几年来,科学家利用一颗恒星通常有多颗行星绕转的特点,开发出一种“多重确认”统计学技术,使得一次性“大批量”确认系外行星成为可能。


2、找到“表亲”却相会无期


在开普勒太空望远镜此批次确认的行星中,近550颗可能是类似地球的岩石行星,其中有9颗位于其恒星的宜居带中。至此已发现的宜居带系外行星也增至21颗。


宜居带行星温度条件适宜,理论上,其表面可保有适合生命存在的液态水。

2015年7月,美国天文学家通过开普勒太空望远镜发现迄今与地球最相似的系外行星“开普勒-452b”,着实让人们兴奋了好久。不过科学家指出,发现这颗被称为地球“表哥”的系外行星只是寻找“地球2.0”的第一步,其是否具备生命存在的条件仍需长期探索。


科学家说,行星半径、运行周期等数据较易测量,但地质信息很难获得。大多数系外行星太远太暗,以现有技术很难测度其质量,但依据其他一些相近行星的数据,今后可能做出一些估算和推论,比如是否是岩石行星、是否有水和大气等。


即使发现了真正的地球“表亲”,与其相会也是天大的难题。仍以行星“开普勒-452b”为例,它位于距地球1400光年之外的天鹅座,与其他系外行星相比,这个距离不算太远了,但以人类目前科技水平抵达那里仍属遥远梦想。


3、地球人找“表亲”图什么


开普勒太空望远镜已发现一系列可能有水的太阳系外行星。这些成果表明,水可能普遍存在于某些星球,而水被认为是生命之源。2015年美国航天局的一个研讨会上,科学家认为,地球生命在宇宙中并不孤单,在今后20年到30年内应该会发现外星生命。


寻找行星尤其是类地行星,只是回答人类在宇宙中是否孤独的第一步,是整个人类的第一步,如果没有实质性科技突破,我们今生都不可能到达那里。但太空探索道路漫长,需要无数个“第一步”:比如阿姆斯特朗在月球上的一小步、探测车登上火星的一小步,又如“新视野”号探测器对冥王星的匆匆一瞥以及现在开普勒太空望远镜发现新一批行星等。


“你我永远无法前往,但是我们孩子的孩子的孩子,总有希望抵达那里。”美航天局埃姆斯研究中心的开普勒数据分析主管乔恩·詹金斯曾这样说。