開普勒望遠鏡的宇宙“第一瞥”

　　文/張弛

　　美國宇航局最近公布了開普勒太空望遠鏡從銀河系邊緣拍攝的照片。開普勒對太空的“第一瞥”，初步描繪了在今后三年半甚至更長的時間里，它所要觀測的范圍。一張全景圖將數百萬顆恒星收納在同一畫面中，這是人類歷史上從未有過的廣闊視野。開普勒太空望遠鏡于3 月初發射升空，是世界上首個專門用于搜尋太陽系外類地行星的航天器。

　　4 月16 日，美國航天局在網站上公布了開普勒太空望遠鏡所拍攝的首批照片，這套以“曙光”命名的圖片，初步描繪了今后三年半甚至更長的時間里所要觀測的范圍。預計在5 月初，開普勒太空望遠鏡將正式開始執行任務，探尋與地球生態環境類似的可居住行星。

　　“開普勒對太空的第一瞥令人驚嘆，”開普勒執行主管利亞·拉皮亞納說，“能在一個畫面上看到數百萬顆恒星真是讓人激動不已。”開普勒太空望遠鏡觀測的天鵝座、天琴座及其附近區域，在遼闊的星空中只有手掌般大小，卻是銀行系恒星最為密集的地帶，預計有1400 萬顆恒星。科學家們已挑選出10 萬顆左右，作為該望遠鏡搜尋類地行星的重點觀察對象。

　　“將這些恒星納入觀測系統讓我們萬分驚喜。”項目總負責人威廉·博魯克基表示，“我們興奮地期待著，去發現環繞在每粒恒星周圍的數百個星體。這也是人類第一次有能力在宇宙深處探索恒星周圍的可居住帶，它有可能帶領我們發現另一個地球。”

　　從已發布的照片里，距離地球13000光年的星團NGC 6791 清晰可見，Tres-2 恒星附近的星空也一覽無余，一張全景圖更將數百萬顆恒星收納在同一個畫面中，這是人類歷史上從未有過的廣闊視野。美國航天局指出，這批照片大致勾勒出未來三年多時間里的探測路線，為今后的作業提供方向指引，也成功測驗了開普勒太空望遠鏡的運作能力。

　　借助凌日現象找行星

　　3 月6 日美國東部時間22 時49 分，搭載開普勒太空望遠鏡的三角洲II 型火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地成功升空，正式開啟美國航天局第10項太空探索發現計劃，在銀河系中尋找另一個與地球相似的世界。這是歷史上首個專門用于搜尋太陽系外類地行星的航天器，核心部分是一套高達95 兆像素的拍攝系統。它擁有迄今為止在太空應用中，體積最大、最敏銳的光度計，能夠輕易探測出細微至0.01% 的亮度差異。如果開普勒望遠鏡在太空中往地球上看，它將感應到一個人從路燈下走過時導致的光線變化。這正是開普勒望遠鏡的工作原理，它并不是在廣闊的宇宙中直接觀察，而是記錄行星的“凌日”現象，發現與地球的運行軌道和大小都相似的星球。

　　太空中一顆行星在觀察者面前經過其環繞恒星的現象，在天文學中被稱為“凌日”。在這過程中，行星如同一個黑點般緩慢地移過恒星。開普勒望遠鏡的主要工作便是觀測這一現象，并在拍攝后將照片傳送回地球，為找到類地行星提供依據。當某星球第一次“凌日”后，將被研究人員納入重點觀測范圍，開始等待下一次現象的重復發生，然后通過時間運算得出它的運行周期，預測出下一次“凌日”的發生。如果估計無誤，方能初步確定行星的存在，整個過程大致需要三年以上的時間。在這段時間里，開普勒將始終不間斷地同時觀察10 萬多顆恒星的亮度。所以，盡管正在運行中的科羅特望遠鏡(法國國家航天研究中心于2006 年10 月發射升空的空間望遠鏡，主要用來對各種星體的深層結構進行研究，并尋找新的行星系統——編注)也能夠探測“凌日”，但工作持續極限只能是150 天，更無法勝任尋找類地行星的任務。由于凌日現象持續時間較短，又必須同時觀察為數眾多的恒星，這就要求每隔幾小時就必須測量一次恒星的亮度。為確保視線在多年的工作中不受阻擾，研究人員還巧妙地將望遠鏡安排在與地球相同的軌道上、與地球同速繞太陽運行，避開太陽的遮擋。

　　在通過“凌日”確認行星后，天文學家將根據“凌日”的深度和恒星的大小推算行星的體積；利用開普勒第三定律得出行星的軌道和質量；然后再大致計算出地表溫度等信息，分析結果將被用來評定該行星是否有可能具備生存條件。“一旦我們掌握了足夠的資料，美國航天局會建造空間望遠鏡，更進一步地拍攝近距離照片，搜集大氣層中的元素及混合物，為是否有生命存在提供線索。”參與開普勒計劃的天文學家阿蘭·博斯說道，“有人說，這項目計劃開啟了天文學的黃金時代。在我看來，應該是白金時代，它遠遠地超越了前者。”

　　后開普勒時代

　　在開普勒太空望遠鏡的任務完成后，科學家們將解答地球是否獨一無二的問題。“這不僅僅是一項科學任務，更是具有跨時代意義的計劃。”美國航天局副行政官埃德·威勒表示，“它直面了千萬年來隱藏在人類基因秘密中的哲學命題，在茫茫的宇宙中，人類是否孤獨？”

　　天文學家們普遍認為，類似地球的巖質行星是普遍存在的，自1995 年以來，在太陽系的深處，就有超過300 顆行星被發現。它們中的絕大多數是類似木星的巨型星，由大量的氣體構成。這些星球的發現證明了行星的分布規律，幫助研究人員確定了可居住帶的分布位置。如今，隨著天文科技的進一步發展，更敏銳的探測器被送入太空，另一個地球完全有可能出現在人類眼前。在不久前，歐洲的卡羅特望遠鏡便發現一顆與地球大小接近的行星，盡管研究表明，由于過于靠近恒星，運轉周期只有20.5小時，地表溫度太高。但是，它的存在是更趨近目標的參照，給科學家們增添了信心。

　　然而，這項計劃的結果也可能是一無所獲，對此，威廉·博魯克基說：“如果我們發現很多類似的星球，說明在我們的銀河系中，生命是一種普遍存在的形式，這也為生命的進化提供了可能性。如果我們只發現了很少適宜居住的環境，甚至一無所獲，這的確是一個令人沮喪的結果，我們將退回珍貴的地球上，在提升研究能力后，再把探索的步伐邁向更遠的宇宙深處。”

　　2009-04-30 總第 333 期