開普勒太空望遠(yuǎn)鏡很神奇，找到幾千顆系外行星，為啥沒找到生命？

尋找地外生命和文明，是科學(xué)家們幾百年來的夢(mèng)想。當(dāng)然科學(xué)家不會(huì)像一些吃瓜群眾，見到一個(gè)弄不明白的事情，如見到UFO（不明飛行物）就想入非非，硬要往外星人頭上扯。

科學(xué)家講的是證據(jù)，現(xiàn)在的證據(jù)是，在太陽系除了地球，其他星球連一個(gè)細(xì)胞都沒有發(fā)現(xiàn)。

于是，科學(xué)家們將注意力轉(zhuǎn)往太陽系以外

首先就是需要找到太陽系外其他恒星附屬的行星，尤其是宜居帶類地行星。所謂的宜居帶，就是相距恒星在一個(gè)合適距離，行星溫度不冷不熱能保持液態(tài)水存在的區(qū)域；而類地行星就是像地球這樣，有一層巖石包裹著具有固體表面的行星。

因?yàn)榭茖W(xué)家們確信，要找到類似地球的生命，宜居帶和類地行星是必備條件。當(dāng)然宇宙中可能存在與地球完全不一樣的生命或文明，這些生命和文明在什么樣的條件下可以孕育和進(jìn)化，目前就更沒有發(fā)現(xiàn)，也沒有理論，今天我們就不討論了。

自從有了望遠(yuǎn)鏡，幾百年來科學(xué)家們一直在尋找太陽系外的行星，但猶如大海撈針，令人失望。直到1992年，美國兩位天文學(xué)家亞歷山大·沃爾茲森和戴爾·弗萊爾，首次發(fā)現(xiàn)了圍繞著脈沖星運(yùn)行的兩顆系外行星，分別被命名為PSR B1257+12 B和PSR B1257+12 C；1995年，瑞士兩位天文學(xué)家麥克·梅耶和迪迪爾·奎洛茲，則首次發(fā)現(xiàn)了圍繞類太陽恒星公轉(zhuǎn)的系外行星，命名為飛馬座51b。

從此尋找系外行星（太陽系外行星）成為了天文學(xué)家們追崇的熱門，眾多的地面望遠(yuǎn)鏡和科學(xué)項(xiàng)目組加入了搜尋系外行星的隊(duì)伍，不斷發(fā)現(xiàn)新的行星；1990年發(fā)射的首個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡哈勃號(hào)，則最早用直接成像法發(fā)現(xiàn)了北落師門周圍的行星。但這些發(fā)現(xiàn)有的是“業(yè)余”，即便“專業(yè)”的效率也并不高，科學(xué)界迫切需要一個(gè)更專業(yè)更高效的系外行星搜尋計(jì)劃。

這時(shí)，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡應(yīng)運(yùn)而生

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡（后面有時(shí)會(huì)簡稱“開普勒”）又稱為開普勒任務(wù)，英文表述為Kepler Mission，是NASA（美國航天局）研制的世界首艘專門探測太陽系外類地行星的空間望遠(yuǎn)鏡，并于2009年3月7日在美國卡納維爾角空軍基地發(fā)射升空。

約翰內(nèi)斯·開普勒（Johannes Kepler）是17世紀(jì)的德國天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家，他發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律，即軌道定律、面積定律和周期定律，為人類認(rèn)識(shí)宇宙和行星運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)巨大，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡就以他的名字命名，以茲追崇。

開普勒望遠(yuǎn)鏡不是像哈勃望遠(yuǎn)鏡一樣圍繞著地球轉(zhuǎn)，而是像地球一樣圍繞著太陽轉(zhuǎn)，像個(gè)跟屁蟲跟在地球屁股后面，但會(huì)漸漸遠(yuǎn)離地球，4年后距離地球約0.5AU（7500萬公里）。其觀測視場指向天鵝座和天琴座所在的領(lǐng)域，遠(yuǎn)離了黃道平面，這樣就不但不會(huì)被地球遮蔽，可以持續(xù)觀測，而且不會(huì)受到地球、月球漫射影響，也不會(huì)受到陽光滲漏影響。

“開普勒”質(zhì)量約1039公斤，口徑為0.96米，主鏡為1.4米，視野約105平方度（視直徑約12度），看到的天區(qū)與一個(gè)人伸直胳膊看到的拳頭遮蔽的視野差不多，觀測深度約3000光年，廣度約全天的0.25%。

“開普勒”一升空，就顯示了與眾不同的非凡實(shí)力，在服役的9年多時(shí)間里，觀測到候選系外行星5000多顆，經(jīng)審查被確認(rèn)的有2662顆，其中候選宜居帶類地行星49顆，有30多顆得到確認(rèn)。

全球科學(xué)界還采用多種方法尋找系外行星，從1995年發(fā)現(xiàn)首顆系外行星，截止到2020年11月16日，發(fā)現(xiàn)的系外行星總量為4373顆。從這個(gè)數(shù)據(jù)來看，僅開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)，就占已發(fā)現(xiàn)的系外行星總數(shù)的60%以上。

“開普勒”如何尋找系外行星？

現(xiàn)在科學(xué)探測系外行星的方法很多，如最早那顆行星就是利用視向速度法找到的，此外還有微引力透鏡法、天體測量法、計(jì)時(shí)法、掩星法等等。這些都是通過間接觀測，通過物理學(xué)原理測算出來的。

系外行星都無法直接“看到”，只能通過恒星光變和引力攝動(dòng)等方式“測算”到的。因?yàn)橄低庑行且暯翘×?，到現(xiàn)在用直接成像法找到的行星只有100余顆，這種方法找到的行星都是巨大的“熱木星”，也就是溫度在600~2000K的年輕類木行星，其中絕大部分質(zhì)量有木星數(shù)十倍。

直接成像也不是能夠直接“看到”，而是通過恒星不可見的紅外光變化來“測算”。這些尋找系外行星的方法都有一套很復(fù)雜的理論，今天就不展開說了，只說說掩星法。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡尋找系外行星的方法就是采用掩星法。掩星法又稱凌日法或凌星法，就是通過觀測系外行星在視向上橫穿恒星表面時(shí)，恒星光度發(fā)生細(xì)微變化來確定行星存在的方法。

因此“開普勒”上裝置的最重要儀器就是NASA研制的高精度太空光度計(jì)，其主要功能不是得到行星清晰圖像，而是通過對(duì)恒星光度測量，獲取恒星的光度變化，從而計(jì)算出有沒有行星圍繞的結(jié)論。

“開普勒”對(duì)一顆m（V）=12類似太陽的恒星觀測6.5小時(shí)，可檢測出20ppm（百萬分之二十）的綜合光度變化，而一顆類似地球的行星凌星時(shí)造成的光度變化約84ppm。

“開普勒”就這樣在軌道上定向觀測10萬顆恒星的光度，通過恒星光度細(xì)微變化來檢測是否有行星凌日，并計(jì)算出凌日行星的公轉(zhuǎn)周期、軌道大小、凌日深度、行星大小等等，還能通過對(duì)行星母恒星的光譜、光度等參數(shù)測算，得到其質(zhì)量，從而推算出行星是否在宜居帶。

“開普勒”的里程碑級(jí)發(fā)現(xiàn)

“開普勒”升空之前，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的系外行星基本都是大質(zhì)量大體積的“熱木星”，“開普勒”升空后，發(fā)現(xiàn)了大量與地球差不多的較小類地行星，還發(fā)現(xiàn)了首個(gè)具有6行星的恒星系統(tǒng)，首個(gè)圍繞著兩顆恒星運(yùn)行的行星，發(fā)現(xiàn)圍繞著類太陽恒星運(yùn)行的最小行星等等。

為了大家閱讀方便，特別說明一下行星的命名規(guī)則：就是恒星名字后面，根據(jù)靠近主恒星的行星順序，依次命名為b、c、d、e、f、g、h等。“開普勒”發(fā)現(xiàn)的行星前面都冠以開普勒恒星名稱，如開普勒20就是恒星名稱，開普勒20e就是靠近開普勒20恒星的第4順序行星。

開普勒20e和開普勒20f是人類最早發(fā)現(xiàn)的小行星，這兩顆恒星的半徑分別是地球的0.8倍和1.03倍，是距離我們約950光年的恒星~開普勒20系統(tǒng)中，五顆行星中的兩顆。開普勒20是一顆類太陽恒星，質(zhì)量約太陽的91%，表面溫度略低于太陽，約5466K。這兩顆類地行星距離主星太近，一般認(rèn)為不適宜生命存在，而其他幾顆行星都是類木行星。

但這個(gè)發(fā)現(xiàn)是一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，終結(jié)了沒有發(fā)現(xiàn)系外小行星的歷史。

“開普勒”發(fā)現(xiàn)的最小行星是開普勒42恒星系統(tǒng)中的行星，這是一顆距離我們只有126光年的紅矮星，質(zhì)量只有太陽的0.13倍，光度只有太陽的0.24%，目前發(fā)現(xiàn)它有三顆行星相伴，其中的開普勒42b體積約地球的0.78倍，開普勒42c體積約地球的0.73倍，而開普勒42d的體積只有火星的1.97倍，是迄今發(fā)現(xiàn)最小的行星。

開普勒186是一顆距離我們約500光年的紅矮星，質(zhì)量約是太陽的0.54倍，其有五顆行星相伴，其中的開普勒186f最引人注目，大小約地球的1.1倍，且在宜居帶，有科學(xué)家分析這很可能是最有希望存在生命的星球。但也有分析發(fā)現(xiàn)，雖然算得上是地球的表親，但并非雙胞胎，其在宜居帶靠外的邊緣區(qū)域，很可能存在的是水冰而非液態(tài)水，不一定適宜居住。

而開普勒1649c則是一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)，這顆審查時(shí)被遺漏的行星，是在“開普勒”退休幾年后，2020年對(duì)“開普勒”拍攝的資料重新審查時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。這顆距離我們約300光年的行星，大小是地球的1.06倍，而且是一顆巖石星球，理論計(jì)算正處于恒星的宜居帶，被認(rèn)為是迄今為止最像地球的一顆行星。

不過令人失望的是，由于其主星是一顆紅矮星，質(zhì)量很小，宜居帶就距離主星很近，開普勒1649c公轉(zhuǎn)周期只有19天，并不適宜生命存在。

“開普勒”還發(fā)現(xiàn)了開普勒90星系，這是位于天龍座距離我們2545光年的一個(gè)類太陽系，是迄今為止發(fā)現(xiàn)系外行星最多的恒星系統(tǒng)，和我們太陽系一樣有8顆行星相伴。

“開普勒”發(fā)現(xiàn)的系外行星花樣繁多，還有圍繞著2顆恒星甚至4顆恒星運(yùn)行的行星，有不少地球的大表哥、地球2.0等星球，這里就無法一一表述了。

茫茫宇宙，外星人在何方？發(fā)現(xiàn)在繼續(xù)

這些年搜尋地外行星計(jì)劃中，發(fā)現(xiàn)了不少大表哥、地球2.0等貌似地球的行星，那么這些行星上會(huì)有外星人嗎？

其實(shí)“開普勒”也不知道，而且誰也不知道。因?yàn)殡m然人類對(duì)系外行星觀測不斷進(jìn)步，但真正“看得清”的一個(gè)也沒有，那些所謂大表哥、地球2.0等等，都是瞎咋呼而已，與地球環(huán)形相差甚遠(yuǎn)。就像在地球上很難找到完全一樣的兩片樹葉或兩個(gè)指紋，在宇宙中也難以找到和地球完全一樣的星球。

宇宙中可能存在地外生命和文明，或許還會(huì)存在與地球完全不一樣的生命或文明，但迄今為止還沒有任何證據(jù)，甚至沒有發(fā)現(xiàn)這方面的任何蛛絲馬跡。既然如此，作為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目破瘴恼拢筒荒茈S意揣測。

2018年，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡就由于燃料告罄而不得不光榮退役了，那么它的位置由誰來填補(bǔ)呢？是不是未來行星搜尋計(jì)劃會(huì)被擱置呢？大家不必?fù)?dān)心，NASA研制的新一代“行星獵手”早就應(yīng)運(yùn)而生了，它就是新一代的“凌日系外行星巡天衛(wèi)星”，簡稱TESS，它早就于北京時(shí)間2018年4月19日順利發(fā)射升空了，頂替了老一輩的“開普勒”，繼續(xù)未盡的事業(yè)。

TESS的觀測區(qū)域面積是“開普勒”的400倍，也就是可以進(jìn)行全天搜尋。它把天空分為26個(gè)不同區(qū)域，每27天巡天一次，重點(diǎn)查看20萬顆靠近地球最大最亮的恒星，科學(xué)家希望通過它至少發(fā)現(xiàn)20000顆系外行星，在其中找到更宜居的星球。

搜尋系外行星，一方面是為了發(fā)現(xiàn)地外生命或文明，另一方面也是為將來地球無法居住時(shí)，人類不得不移民外星尋找最宜居的地方。這是人類為了繁衍所進(jìn)行的未雨綢繆，是一群具有高瞻遠(yuǎn)矚眼光的科學(xué)家、實(shí)業(yè)家、政治家的偉大舉措，作為人類的一員，我為有這樣杰出的同類而欣慰。

你說呢？歡迎討論，感謝閱讀。

時(shí)空通訊原創(chuàng)版權(quán)，侵權(quán)抄襲是不道德的行為，敬請(qǐng)理解合作。