开普勒望远镜的宇宙“第一瞥”

　　文/张弛

　　美国宇航局最近公布了开普勒太空望远镜从银河系边缘拍摄的照片。开普勒对太空的“第一瞥”，初步描绘了在今后三年半甚至更长的时间里，它所要观测的范围。一张全景图将数百万颗恒星收纳在同一画面中，这是人类历史上从未有过的广阔视野。开普勒太空望远镜于3 月初发射升空，是世界上首个专门用于搜寻太阳系外类地行星的航天器。

　　4 月16 日，美国航天局在网站上公布了开普勒太空望远镜所拍摄的首批照片，这套以“曙光”命名的图片，初步描绘了今后三年半甚至更长的时间里所要观测的范围。预计在5 月初，开普勒太空望远镜将正式开始执行任务，探寻与地球生态环境类似的可居住行星。

　　“开普勒对太空的第一瞥令人惊叹，”开普勒执行主管利亚·拉皮亚纳说，“能在一个画面上看到数百万颗恒星真是让人激动不已。”开普勒太空望远镜观测的天鹅座、天琴座及其附近区域，在辽阔的星空中只有手掌般大小，却是银行系恒星最为密集的地带，预计有1400 万颗恒星。科学家们已挑选出10 万颗左右，作为该望远镜搜寻类地行星的重点观察对象。

　　“将这些恒星纳入观测系统让我们万分惊喜。”项目总负责人威廉·博鲁克基表示，“我们兴奋地期待着，去发现环绕在每粒恒星周围的数百个星体。这也是人类第一次有能力在宇宙深处探索恒星周围的可居住带，它有可能带领我们发现另一个地球。”

　　从已发布的照片里，距离地球13000光年的星团NGC 6791 清晰可见，Tres-2 恒星附近的星空也一览无余，一张全景图更将数百万颗恒星收纳在同一个画面中，这是人类历史上从未有过的广阔视野。美国航天局指出，这批照片大致勾勒出未来三年多时间里的探测路线，为今后的作业提供方向指引，也成功测验了开普勒太空望远镜的运作能力。

　　借助凌日现象找行星

　　3 月6 日美国东部时间22 时49 分，搭载开普勒太空望远镜的三角洲II 型火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功升空，正式开启美国航天局第10项太空探索发现计划，在银河系中寻找另一个与地球相似的世界。这是历史上首个专门用于搜寻太阳系外类地行星的航天器，核心部分是一套高达95 兆像素的拍摄系统。它拥有迄今为止在太空应用中，体积最大、最敏锐的光度计，能够轻易探测出细微至0.01% 的亮度差异。如果开普勒望远镜在太空中往地球上看，它将感应到一个人从路灯下走过时导致的光线变化。这正是开普勒望远镜的工作原理，它并不是在广阔的宇宙中直接观察，而是记录行星的“凌日”现象，发现与地球的运行轨道和大小都相似的星球。

　　太空中一颗行星在观察者面前经过其环绕恒星的现象，在天文学中被称为“凌日”。在这过程中，行星如同一个黑点般缓慢地移过恒星。开普勒望远镜的主要工作便是观测这一现象，并在拍摄后将照片传送回地球，为找到类地行星提供依据。当某星球第一次“凌日”后，将被研究人员纳入重点观测范围，开始等待下一次现象的重复发生，然后通过时间运算得出它的运行周期，预测出下一次“凌日”的发生。如果估计无误，方能初步确定行星的存在，整个过程大致需要三年以上的时间。在这段时间里，开普勒将始终不间断地同时观察10 万多颗恒星的亮度。所以，尽管正在运行中的科罗特望远镜(法国国家航天研究中心于2006 年10 月发射升空的空间望远镜，主要用来对各种星体的深层结构进行研究，并寻找新的行星系统——编注)也能够探测“凌日”，但工作持续极限只能是150 天，更无法胜任寻找类地行星的任务。由于凌日现象持续时间较短，又必须同时观察为数众多的恒星，这就要求每隔几小时就必须测量一次恒星的亮度。为确保视线在多年的工作中不受阻扰，研究人员还巧妙地将望远镜安排在与地球相同的轨道上、与地球同速绕太阳运行，避开太阳的遮挡。

　　在通过“凌日”确认行星后，天文学家将根据“凌日”的深度和恒星的大小推算行星的体积；利用开普勒第三定律得出行星的轨道和质量；然后再大致计算出地表温度等信息，分析结果将被用来评定该行星是否有可能具备生存条件。“一旦我们掌握了足够的资料，美国航天局会建造空间望远镜，更进一步地拍摄近距离照片，搜集大气层中的元素及混合物，为是否有生命存在提供线索。”参与开普勒计划的天文学家阿兰·博斯说道，“有人说，这项目计划开启了天文学的黄金时代。在我看来，应该是白金时代，它远远地超越了前者。”

　　后开普勒时代

　　在开普勒太空望远镜的任务完成后，科学家们将解答地球是否独一无二的问题。“这不仅仅是一项科学任务，更是具有跨时代意义的计划。”美国航天局副行政官埃德·威勒表示，“它直面了千万年来隐藏在人类基因秘密中的哲学命题，在茫茫的宇宙中，人类是否孤独？”

　　天文学家们普遍认为，类似地球的岩质行星是普遍存在的，自1995 年以来，在太阳系的深处，就有超过300 颗行星被发现。它们中的绝大多数是类似木星的巨型星，由大量的气体构成。这些星球的发现证明了行星的分布规律，帮助研究人员确定了可居住带的分布位置。如今，随着天文科技的进一步发展，更敏锐的探测器被送入太空，另一个地球完全有可能出现在人类眼前。在不久前，欧洲的卡罗特望远镜便发现一颗与地球大小接近的行星，尽管研究表明，由于过于靠近恒星，运转周期只有20.5小时，地表温度太高。但是，它的存在是更趋近目标的参照，给科学家们增添了信心。

　　然而，这项计划的结果也可能是一无所获，对此，威廉·博鲁克基说：“如果我们发现很多类似的星球，说明在我们的银河系中，生命是一种普遍存在的形式，这也为生命的进化提供了可能性。如果我们只发现了很少适宜居住的环境，甚至一无所获，这的确是一个令人沮丧的结果，我们将退回珍贵的地球上，在提升研究能力后，再把探索的步伐迈向更远的宇宙深处。”

　　2009-04-30 总第 333 期