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　　開(kāi)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(kāi)普勒太空望遠鏡從銀河系邊緣拍攝的照片。開(kāi)普勒對太空的“第一瞥”，初步描繪了在今后三年半甚至更長(cháng)的時(shí)間里，它所要觀(guān)測的范圍。一張全景圖將數百萬(wàn)顆恒星收納在同一畫(huà)面中，這是人類(lèi)歷史上從未有過(guò)的廣闊視野。開(kāi)普勒太空望遠鏡于3 月初發(fā)射升空，是世界上首個(gè)專(zhuān)門(mén)用于搜尋太陽(yáng)系外類(lèi)地行星的航天器。

　　4 月16 日，美國航天局在網(wǎng)站上公布了開(kāi)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(cháng)的時(shí)間里所要觀(guān)測的范圍。預計在5 月初，開(kāi)普勒太空望遠鏡將正式開(kāi)始執行任務(wù)，探尋與地球生態(tài)環(huán)境類(lèi)似的可居住行星。

　　“開(kāi)普勒對太空的第一瞥令人驚嘆，”開(kāi)普勒執行主管利亞·拉皮亞納說(shuō)，“能在一個(gè)畫(huà)面上看到數百萬(wàn)顆恒星真是讓人激動(dòng)不已�！遍_(kāi)普勒太空望遠鏡觀(guān)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(wàn)顆恒星�？茖W(xué)家們已挑選出10 萬(wàn)顆左右，作為該望遠鏡搜尋類(lèi)地行星的重點(diǎn)觀(guān)察對象。

　　“將這些恒星納入觀(guān)測系統讓我們萬(wàn)分驚喜�！表椖靠傌撠熑送�廉·博魯克基表示，“我們興奮地期待著(zhù)，去發(fā)現環(huán)繞在每粒恒星周?chē)�的數百個(gè)星體。這也是人類(lèi)第一次有能力在宇宙深處探索恒星周?chē)�的可居住帶，它有可能帶領(lǐng)我們發(fā)現另一個(gè)地球�！�

　　從已發(fā)布的照片里，距離地球13000光年的星團NGC 6791 清晰可見(jiàn)，Tres-2 恒星附近的星空也一覽無(wú)余，一張全景圖更將數百萬(wàn)顆恒星收納在同一個(gè)畫(huà)面中，這是人類(lèi)歷史上從未有過(guò)的廣闊視野。美國航天局指出，這批照片大致勾勒出未來(lái)三年多時(shí)間里的探測路線(xiàn)，為今后的作業(yè)提供方向指引，也成功測驗了開(kāi)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(shí)間22 時(shí)49 分，搭載開(kāi)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(kāi)啟美國航天局第10項太空探索發(fā)現計劃，在銀河系中尋找另一個(gè)與地球相似的世界。這是歷史上首個(gè)專(zhuān)門(mén)用于搜尋太陽(yáng)系外類(lèi)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(kāi)普勒望遠鏡在太空中往地球上看，它將感應到一個(gè)人從路燈下走過(guò)時(shí)導致的光線(xiàn)變化。這正是開(kāi)普勒望遠鏡的工作原理，它并不是在廣闊的宇宙中直接觀(guān)察，而是記錄行星的“凌日”現象，發(fā)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(guān)察者面前經(jīng)過(guò)其環(huán)繞恒星的現象，在天文學(xué)中被稱(chēng)為“凌日”。在這過(guò)程中，行星如同一個(gè)黑點(diǎn)般緩慢地移過(guò)恒星。開(kāi)普勒望遠鏡的主要工作便是觀(guān)測這一現象，并在拍攝后將照片傳送回地球，為找到類(lèi)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(diǎn)觀(guān)測范圍，開(kāi)始等待下一次現象的重復發(fā)生，然后通過(guò)時(shí)間運算得出它的運行周期，預測出下一次“凌日”的發(fā)生。如果估計無(wú)誤，方能初步確定行星的存在，整個(gè)過(guò)程大致需要三年以上的時(shí)間。在這段時(shí)間里，開(kāi)普勒將始終不間斷地同時(shí)觀(guān)察10 萬(wàn)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(fā)射升空的空間望遠鏡，主要用來(lái)對各種星體的深層結構進(jìn)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(wú)法勝任尋找類(lèi)地行星的任務(wù)。由于凌日現象持續時(shí)間較短，又必須同時(shí)觀(guān)察為數眾多的恒星，這就要求每隔幾小時(shí)就必須測量一次恒星的亮度。為確保視線(xiàn)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(yáng)運行，避開(kāi)太陽(yáng)的遮擋。

　　在通過(guò)“凌日”確認行星后，天文學(xué)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(kāi)普勒第三定律得出行星的軌道和質(zhì)量；然后再大致計算出地表溫度等信息，分析結果將被用來(lái)評定該行星是否有可能具備生存條件�！耙坏┪覀冋莆樟俗銐虻馁Y料，美國航天局會(huì )建造空間望遠鏡，更進(jìn)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(xiàn)索�！眳⑴c開(kāi)普勒計劃的天文學(xué)家阿蘭·博斯說(shuō)道，“有人說(shuō)，這項目計劃開(kāi)啟了天文學(xué)的黃金時(shí)代。在我看來(lái)，應該是白金時(shí)代，它遠遠地超越了前者�！�

　　后開(kāi)普勒時(shí)代

　　在開(kāi)普勒太空望遠鏡的任務(wù)完成后，科學(xué)家們將解答地球是否獨一無(wú)二的問(wèn)題�！斑@不僅僅是一項科學(xué)任務(wù)，更是具有跨時(shí)代意義的計劃�！泵绹�航天局副行政官埃德·威勒表示，“它直面了千萬(wàn)年來(lái)隱藏在人類(lèi)基因秘密中的哲學(xué)命題，在茫茫的宇宙中，人類(lèi)是否孤獨？”

　　天文學(xué)家們普遍認為，類(lèi)似地球的巖質(zhì)行星是普遍存在的，自1995 年以來(lái)，在太陽(yáng)系的深處，就有超過(guò)300 顆行星被發(fā)現。它們中的絕大多數是類(lèi)似木星的巨型星，由大量的氣體構成。這些星球的發(fā)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(zhù)天文科技的進(jìn)一步發(fā)展，更敏銳的探測器被送入太空，另一個(gè)地球完全有可能出現在人類(lèi)眼前。在不久前，歐洲的卡羅特望遠鏡便發(fā)現一顆與地球大小接近的行星，盡管研究表明，由于過(guò)于靠近恒星，運轉周期只有20.5小時(shí)，地表溫度太高。但是，它的存在是更趨近目標的參照，給科學(xué)家們增添了信心。

　　然而，這項計劃的結果也可能是一無(wú)所獲，對此，威廉·博魯克基說(shuō)：“如果我們發(fā)現很多類(lèi)似的星球，說(shuō)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(jìn)化提供了可能性。如果我們只發(fā)現了很少適宜居住的環(huán)境，甚至一無(wú)所獲，這的確是一個(gè)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