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開普勒太空望遠鏡很神奇,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,是科學家們幾百年來的夢想。當然科學家不會像壹些吃瓜群眾,見到壹個弄不明白的事情,如見到UFO(不明飛行物)就想入非非,硬要往外星人頭上扯。

科學家講的是證據,現在的證據是,在太陽系除了地球,其他星球連壹個細胞都沒有發現。

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,就是相距恒星在壹個合適距離,行星溫度不冷不熱能保持液態水存在的區域;而類地行星就是像地球這樣,有壹層巖石包裹著具有固體表面的行星。

因為科學家們確信,要找到類似地球的生命,宜居帶和類地行星是必備條件。當然宇宙中可能存在與地球完全不壹樣的生命或文明,這些生命和文明在什麽樣的條件下可以孕育和進化,目前就更沒有發現,也沒有理論,今天我們就不討論了。

自從有了望遠鏡,幾百年來科學家們壹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,美國兩位天文學家亞歷山大·沃爾茲森和戴爾·弗萊爾,首次發現了圍繞著脈沖星運行的兩顆系外行星,分別被命名為PSR B1257+12 B 和 PSR B1257+12 C;1995年, 瑞士兩位天文學家麥克·梅耶和迪迪爾·奎洛茲,則首次發現了圍繞類太陽恒星公轉的系外行星,命名為飛馬座51b 。

從此尋找系外行星(太陽系外行星)成為了天文學家們追崇的熱門,眾多的地面望遠鏡和科學項目組加入了搜尋系外行星的隊伍,不斷發現新的行星;1990年發射的首個太空望遠鏡哈勃號,則 最早用直接成像法發現了北落師門周圍的行星。但這些發現有的是“業余”,即便“專業”的效率也並不高,科學界迫切需要壹個更專業更高效的系外行星搜尋計劃。

開普勒太空望遠鏡(後面有時會簡稱“開普勒”)又稱為開普勒任務,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鏡,並於2009年3月7日在美國卡納維爾角空軍基地發射升空。

約翰內斯·開普勒(Johannes Kepler)是17世紀的德國天文學家、數學家,他發現了 行星運動三大定律 ,即軌道定律、 面積定律 和周期定律,為人類認識宇宙和行星運動貢獻巨大,開普勒太空望遠鏡就以他的名字命名,以茲追崇。

開普勒望遠鏡不是像哈勃望遠鏡壹樣圍繞著地球轉,而是像地球壹樣圍繞著太陽轉,像個跟屁蟲跟在地球屁股後面,但會漸漸遠離地球,4年後距離地球約0.5AU(7500萬公裏)。其觀測視場指向 天鵝座和 天琴座 所在的領域,遠離了黃道平面,這樣就不但不會被地球遮蔽,可以持續觀測,而且不會受到地球、月球漫射影響,也不會受到陽光滲漏影響。

“開普勒”質量約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),看到的天區與壹個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”壹升空,就顯示了與眾不同的非凡實力,在服役的9年多時間裏,觀測到候選系外行星5000多顆,經審查被確認的有2662顆,其中候選宜居帶類地行星49顆,有30多顆得到確認。

全球科學界還采用多種方法尋找系外行星,從1995年發現首顆系外行星,截止到2020年11月16日,發現的系外行星總量為4373顆。從這個數據來看,僅開普勒太空望遠鏡的發現,就占已發現的系外行星總數的60%以上。

現在科學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、計時法、掩星法等等。這些都是通過間接觀測,通過物理學原理測算出來的。

系外行星都無法直接“看到”,只能通過恒星光變和引力攝動等方式“測算”到的。因為系外行星視角太小了,到現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,其中絕大部分質量有木星數十倍。

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壹套很復雜的理論,今天就不展開說了,只說說掩星法。

開普勒太空望遠鏡尋找系外行星的方法就是采用掩星法。掩星法又稱淩日法或淩星法,就是通過觀測系外行星在視向上橫穿恒星表面時,恒星光度發生細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,其主要功能不是得到行星清晰圖像,而是通過對恒星光度測量,獲取恒星的光度變化,從而計算出有沒有行星圍繞的結論。

“開普勒”對壹顆m(V)=12類似太陽的恒星觀測6.5小時,可檢測出20ppm(百萬分之二十)的綜合光度變化,而壹顆類似地球的行星淩星時造成的光度變化約84ppm。

“開普勒”就這樣在軌道上定向觀測10萬顆恒星的光度,通過恒星光度細微變化來檢測是否有行星淩日,並計算出淩日行星的公轉周期、軌道大小、淩日深度、行星大小等等,還能通過對行星母恒星的光譜、光度等參數測算,得到其質量,從而推算出行星是否在宜居帶。

“開普勒”升空之前,科學界發現的系外行星基本都是大質量大體積的“熱木星”,“開普勒”升空後,發現了大量與地球差不多的較小類地行星,還發現了首個具有6行星的恒星系統,首個圍繞著兩顆恒星運行的行星,發現圍繞著類太陽恒星運行的最小行星等等。

為了大家閱讀方便,特別說明壹下行星的命名規則:就是恒星名字後面,根據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”發現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是人類最早發現的小行星,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系統中,五顆行星中的兩顆。開普勒20是壹顆類太陽恒星,質量約太陽的91%,表面溫度略低於太陽,約5466K。這兩顆類地行星距離主星太近,壹般認為不適宜生命存在,而其他幾顆行星都是類木行星。

但這個發現是壹個重要轉折點,終結了沒有發現系外小行星的 歷史 。

“開普勒”發現的最小行星是開普勒42恒星系統中的行星,這是壹顆距離我們只有126光年的紅矮星,質量只有太陽的0.13倍,光度只有太陽的0.24%,目前發現它有三顆行星相伴,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,是迄今發現最小的行星。

開普勒186是壹顆距離我們約500光年的紅矮星,質量約是太陽的0.54倍,其有五顆行星相伴,其中的開普勒186f最引人註目,大小約地球的1.1倍,且在宜居帶,有科學家分析這很可能是最有希望存在生命的星球。但也有分析發現,雖然算得上是地球的表親,但並非雙胞胎,其在宜居帶靠外的邊緣區域,很可能存在的是水冰而非液態水,不壹定適宜居住。

而開普勒 1649c則是壹個意外發現,這顆審查時被遺漏的行星,是在“開普勒”退休幾年後,2020年對“開普勒”拍攝的資料重新審查時偶然發現的。這顆距離我們約300光年的行星, 大小是地球的1.06倍,而且是壹顆巖石星球,理論計算正處於恒星的宜居帶,被認為是迄今為止最像地球的壹顆行星。

不過令人失望的是,由於其主星是壹顆紅矮星,質量很小,宜居帶就距離主星很近,開普勒1649c公轉周期只有19天,並不適宜生命存在。

“開普勒”還發現了開普勒90星系,這是位於天龍座距離我們2545光年的壹個類太陽系,是迄今為止發現系外行星最多的恒星系統,和我們太陽系壹樣有8顆行星相伴。

“開普勒”發現的系外行星花樣繁多,還有圍繞著2顆恒星甚至4顆恒星運行的行星,有不少地球的大表哥、地球2.0等星球,這裏就無法壹壹表述了。

這些年搜尋地外行星計劃中,發現了不少大表哥、地球2.0等貌似地球的行星,那麽這些行星上會有外星人嗎?

其實“開普勒”也不知道,而且誰也不知道。因為雖然人類對系外行星觀測不斷進步,但真正“看得清”的壹個也沒有,那些所謂大表哥、地球2.0等等,都是瞎咋呼而已,與地球環形相差甚遠。就像在地球上很難找到完全壹樣的兩片樹葉或兩個 指紋,在宇宙中也難以找到和地球完全壹樣的星球。

宇宙中可能存在地外生命和文明,或許還會存在與地球完全不壹樣的生命或文明,但迄今為止還沒有任何證據,甚至沒有發現這方面的任何蛛絲馬跡。既然如此,作為嚴謹的科普文章,就不能隨意揣測。

2018年,開普勒太空望遠鏡就由於燃料告罄而不得不光榮退役了,那麽它的位置由誰來填補呢?是不是未來行星搜尋計劃會被擱置呢?大家不必擔心,NASA研制的新壹代“行星獵手”早就應運而生了,它就是新壹代的“淩日系外行星巡天衛星”,簡稱TESS,它早就於北京時間2018年4月19日順利發射升空了,頂替了老壹輩的“開普勒”,繼續未盡的事業。

TESS的觀測區域面積是“開普勒”的400倍,也就是可以進行全天搜尋。它把天空分為26個不同區域,每27天巡天壹次,重點查看20萬顆靠近地球最大最亮的恒星,科學家希望通過它至少發現20000顆系外行星,在其中找到更宜居的星球。

搜尋系外行星,壹方面是為了發現地外生命或文明,另壹方面也是為將來地球無法居住時,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行的未雨綢繆,是壹群具有高瞻遠矚眼光的科學家、實業家、政治家的偉大舉措,作為人類的壹員,我為有這樣傑出的同類而欣慰。

妳說呢?歡迎討論,感謝閱讀。

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