本周,使用美国宇航局开普勒太空望远镜的天文学家宣布,这艘行星探测飞船将其目录增加了 1284 个世界。这是有史以来一次性宣布行星数量最多的一次,使开普勒已确认的行星总数超过 2000 颗,太阳系外无可争议的已知行星数量超过 3000 颗。一篇总结这些发现的论文发表在《天体物理学杂志》上。
与开普勒几乎所有的世界一样,最新的发现来自天琴座和天鹅座星群中一块布满星星的天空区域。那是探测器在 2009 年发射后开始凝视的地方,寻找 15 万颗恒星的光线中,行星掠过其表面时产生的细微下降。2013 年,在硬件故障迫使其操作人员改变观测策略后,开普勒停止监测天空的特定区域。现在,它在其任务的新阶段“K2”中,在太阳周围狭窄的天空带中,寻找较少数量恒星周围的行星。
任务科学家早就知道,开普勒在其主要任务期间看到的一些星光下降是由于“冒名顶替者”造成的——双星、变星和其他可能伪装成行星阴影通道的天体物理现象。为了将其发现范围缩小到真正的行星,开普勒团队依赖于来自地面和太空其他望远镜的艰苦、耗时的观测。然而,随着候选行星的堆积,这种验证过程变成了一个瓶颈,太慢且效率太低,无法跟上开普勒海量数据的步伐。昨天的公告来自一种新的、更自动化和统计的方法,用于验证开普勒的候选者,该方法由普林斯顿大学天文学家蒂姆·莫顿率先提出。“行星候选者可以被认为是面包屑,”莫顿在新闻发布会上解释说。“如果你在地板上掉几块大的面包屑,你可以一块一块地捡起来。但是,如果你洒了一整袋小面包屑,你就需要一把扫帚。这种统计分析就是我们的扫帚。”
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该技术分析了每颗可能的行星星光下降的形状,并部分基于对各种天体物理“冒名顶替者”估计频率的分析,计算出实际行星产生每次下降的可能性。根据这项分析,昨天宣布的 1284 个世界中的每一个都有超过 99% 的可能性是真正的行星,另外 1327 个开普勒候选者是可能成为行星,但未能超过 99% 的置信水平。该分析还将 707 个候选者排除为可能的误报。
根据估计的大小,新宣布的 1284 个世界中约有 550 个可能是岩石行星。其中,有 9 个在其恒星的宜居带内运行——不太热、不太冷的区域,液态水和我们所知的生命可能存在。这使得开普勒潜在宜居世界的总数达到约 24 个。根据开普勒任务科学家娜塔莉·巴塔利亚的说法,如果推算到整个银河系,这表明在整个银河系恒星的宜居带中,可能存在约 100 亿颗近似地球大小的行星。巴塔利亚说,最近的可能只有 11 光年远——在星际距离上几乎就在隔壁。
具有启发意义的是,这些估计与开普勒任务早期从较小的样本量和更零散的数据分析中得出的估计几乎没有差异。天文学家似乎终于越来越接近了解整个宇宙中潜在宜居行星出现的真实频率。然而,最令人兴奋且可以说更有意义的问题仍然遥不可及:在我们邻近的潜在宜居行星中,有多少是真正宜居的,其中又有多少是实际有人居住的?目前尚无人知晓。
寻找这些问题的答案将是未来天文学的关键任务。美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(将于 2018 年发射)以及计划于 2020 年代发射的后续广域红外巡天望远镜 (WFIRST),都很有可能探测附近几颗小型行星的大气层,以寻找宜居性和生命的迹象。此外,计划于 2020 年代首次亮相的新型地面 30 米望远镜也可以进行类似的观测。除此之外,天文学家梦想建造和发射一个或多个下一代巨型太空望远镜,专门用于拍摄外星地球的快照,尽管此类天文台目前看来最早也要到 2030 年代才有可能升空。
与此同时,来自开普勒和其他任务的行星发现持续激增,最引人注目的是,这种激增没有放缓的迹象。十年前,一次性宣布发现十几颗行星都被认为是轰动性的;现在标准已经提高,一次性宣布数百或数千颗行星已不能保证成为头版新闻。即使是专家也无法跟上现在充斥目录的所有行星。
很快,蓬勃发展的行星探测领域将变得更加令人应接不暇。开普勒的最终目录预计将于 2017 年底发布,可能会为总数增加数百或数千个已确认的世界。与此同时,自动化、全天候、地面观测正在加强,这可能会带来像开普勒一样多的行星数量。但真正的发现浪潮可能来自太空望远镜。WFIRST 预计将在对银河系恒星丰富的银河系隆起的调查中发现数千颗行星,而美国宇航局的凌星系外行星巡天卫星(将于 2017 年发射)将对附近恒星进行全天候调查,预计将发现至少 1500 颗行星。更大的数字可能来自其他项目:欧洲航天局的盖亚探测器及其 PLATO(行星凌星和恒星振荡)任务(一种超大型开普勒,计划于 2024 年发射)都可能各自发现数万颗行星。
也许从现在起 10 年后——当然是 20 年后——对一千颗新行星感到兴奋可能会显得非常古怪。