开普勒望远镜“瘫痪”前的绝唱:新发现十个“第二地球”候选

澎湃新闻记者 虞涵棋 王心馨

2017-06-20 21:40 来源:澎湃新闻

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2009年,“行星猎手”开普勒望远镜承载着人类寻找“第二地球”的梦想升空。虽然它在2013年因“瘫痪”——一次严重的硬件故障结束了猎捕系外行星的任务,但要对它之前4年的数据进行验证、统计和分析,仍是一项旷日持久的浩大工程
当地时间6月19日,美国国家航空航天局(NASA)在美国山景城(Mountain View)的发布会上公布了开普勒望远镜的第八批,也是最后一批数据:新增219颗候选行星,其中10颗是位于宜居带的类地行星。至此,开普勒望远镜在2009年到2013年捕获的候选行星全目录出炉,共计4034颗,其中2335颗已经得到验证;“第二地球”候选人达到49颗,其中30多颗已经得到验证。
“行星猎手”开普勒望远镜。  本文图均为 NASA官网 图
在这最后一批目录中,科学家们着重挑出了那些围绕G类恒星(表面温度5000到6000开尔文,太阳即属此类)公转,大小与地球相似的行星。其中有一颗KOI-7711,是迄今为止在各方面最像地球的行星。
行星大小存在断档
这是迄今为止最详细、最全面的系外(编注:太阳系外)行星大名单。有了这么多行星数据,科学家们迫不及待地想了解一个很多人都好奇的问题:在太阳系中,地球是一颗比较小的行星,木星体积是地球的1300多倍。那么,在这茫茫宇宙中,地球的大小处于什么水平?行星一般有多大呢?开普勒望远镜给了我们一个会引发新问题的答案。
近年来发现系外行星数量。
科学家们使用位于夏威夷的凯克望远镜对开普勒望远镜视野中的1300颗行星进行了微调观测,发现这些行星的直径大小并不呈连续性变化。它们可以分成泾渭分明的两组:一组体积小于1.5倍地球,一组体积大于2倍地球。几乎没有行星处于这两组数据之间。科学家们认为,较小的那一组行星主要是固态的“超级地球”(super-earths),而较大的那一组行星主要是气态的“小海王星”(mini-Neptunes)。
夏威夷大学的博士生Benjamin Fulton说道:“我们分类行星,就像生物学家归类新物种一样。发现这两组隔离开来的系外行星,就像发现哺乳动物和蜥蜴是进化树上的两个分支。”
开普勒望远镜通过“凌日”现象寻找行星。
目前,科学家们还不知道这种直径上的断档是如何产生的。由于某些未知的原因,大约有一半行星吸引到了一些氢气和氦气,然后体积就剧烈膨胀,跳过了这个断档,直接变成海王星级别(海王星直径约为地球4倍)。
Fulton猜测,比较小的“超级地球”可能不足以捕捉到氢气这样的活泼气体。而行星太靠近恒星的话,氢气也会被驱散。
“第二地球”
这项发现也对科学家寻找“第二地球”有重要的启示。现在看来,银河系中一半的已知行星要么没有表面,要么表面隐藏在浓厚、汹涌的大气层下,都不太可能存在生命。Fulcon认为,若想要寻找地外生命,人们需要集中在那一部分较小型的“超级地球”上。
“开普勒数据集是独一无二的。它是唯一一份类地行星清单”,开普勒项目组科学家Mario Perez在发布会上说道,“了解它们在银河系中的比例,能帮助我们设计未来寻找‘第二地球’的方案。”
各代系外行星猎手。
NASA并未公布此次新增的10颗处于宜居带的类地行星的详细情况。所谓处于宜居带,是指行星与恒星保持在合适的距离,使得行星上的温度允许液态水存在。如果这些行星拥有稳定的大气层,那生命的存在就成为了可能。
“身残志坚”的开普勒望远镜
至此,开普勒望远镜在故障前的全部成果已公诸于世。2009年3月,承载着“第二地球”梦想的开普勒望远镜发射升空。冠以提出“行星三大定律”的德国天文学家之名,它是一名专业的“行星猎手”。
开普勒望远镜到达绕日轨道后,专注地凝视着天鹅座(Cygnus)方向的一角天空,通过“凌日”(transit)现象,监视约15万颗处于主序星阶段的恒星,寻找它们周围的行星。所谓“凌日”,即当行星掠过恒星表面时,会造成恒星的亮度有所下降,就像日食一样。
不过,由于角度问题,许多系外行星无法通过凌日现象被发现。“覆盖整个天空需要400个开普勒望远镜。”Perez说道。
尽管如此,开普勒还是找到了49颗与地球大小、轨道都相似的宜居带行星。这意味着,光在银河系,这样的“第二地球”候选人就有很多。
2012年7月,开普勒望远镜4个控制朝向的反应轮中的1个故障。2013年5月,另一个反应轮故障,开普勒望远镜停止收集数据。
开普勒望远镜与K2计划。
如果你认为开普勒就这么结束了,那你就错了。开普勒将继续“身残志坚”地工作下去。这得益于NASA一个机智的决定。
2013年8月,NASA宣布放弃维修开普勒望远镜,转而启动后备的K2计划。开普勒望远镜不能再常规化地监测与太阳类似的恒星、寻找系外行星,只能在绕行时偶尔捕捉到行星的踪影,并帮助观测其他一些有趣的天体,比如NASA新近发现的“葫芦娃星系”TRAPPIST-1。在这一排七个类地行星中,有三颗位于宜居带。
“葫芦娃星系”TRAPPIST-1
责任编辑:虞涵棋澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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