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开普勒探测器的任务非常明确:持续警惕地观察一大片恒星,看看它们是否会定期变暗,即使只是轻微地变暗。其理念是,一颗行星从其宿主恒星前方经过时,会通过遮挡一部分星光来向开普勒探测器暴露自身。这种凌星法已经取得了成果:美国宇航局的开普勒探测器在其2009年发射后的最初几周内就发现了五颗行星,并且在过去的十年中,从地面和其他探测器又探测到了数十颗行星。但开普勒探测器的优势在于其对类地行星——位于允许液态水存在的温带轨道上的小型陆地世界的独特灵敏度。
一项新的研究表明,同样的灵敏度可能使开普勒探测器能够识别奥尔特云中的天体——人们普遍认为奥尔特云充满了太阳系外围,但从未被直接观测到的巨大彗星之海。荷兰天文学家扬·奥尔特在1950年预测了奥尔特云的存在,以此来解释从遥远的地方冲入太阳系内部的彗星的起源。一些已知的遥远天体被假设属于奥尔特云最内层边缘,但它们的真实来源仍然未知。
在3月1日出版的《天体物理学杂志快报》中,加州理工学院的埃兰·奥费克和特拉维夫大学的埃胡德·纳卡尔估计,在开普勒探测器为期3.5年的系外行星搜寻任务中,它可能会观测到多达100次奥尔特云天体对其目标恒星的凌星现象。奥费克和纳卡尔提出,如果开普勒探测到足够多的凌星现象,这些数据可以用来对奥尔特云的位置和大小分布进行观测限制。
这并非首次使用太空望远镜以这种方式寻找遥远的太阳系天体。在12月,奥费克和他的同事报告说,在存档的哈勃太空望远镜数据中发现了一次由柯伊伯带中的天体引起的凌星现象,柯伊伯带是冥王星所在的冰冷碎片带。并且一篇2004年的论文提出,开普勒探测器可能能够发现柯伊伯带天体,尽管奥费克表示,他和纳卡尔的计算表明这不会发生。探测器的视线与太阳系行星的轨道平面呈高角度,这使得它更有可能探测到球状奥尔特云中的天体,而不是更扁平的柯伊伯带中的天体。
台湾台北中研院天文及天文物理研究所的天文学家马修·莱纳表示,他认为这项提议是合理的,即使开普勒探测器的曝光时间比凌星现象的持续时间长得多。因此,每次凌星现象只会显示为一次读数中的星光下降,而系外行星的凌星现象则会分布在多次读数中。“这些事件相对于曝光时间来说很短,”莱纳说,“但开普勒探测器也具有非常高的光度[光强度]精度,因此它应该对至少某些事件敏感。”
开普勒探测器需要探测到几个候选事件,天文学家才能自信地将它们与奥尔特云天体的凌星现象联系起来,而不是例如与探测器故障联系起来。奥费克和纳卡尔提出了真实性测试,这将有利于可行的凌星现象而不是随机噪声,例如检查凌星现象是否倾向于发生在从开普勒探测器的视角看起来较小的恒星上,或者凌星率是否取决于探测器的运动。
奥费克承认,要明确识别奥尔特云彗星,需要开普勒探测器产生大量的凌星现象,考虑到对奥尔特云的构成知之甚少,这几乎无法保证。根据对奥尔特云特性的各种估计,奥费克和纳卡尔计算出,在开普勒探测器的任务中,可能会发现零到100次凌星现象。“这里最大的‘如果’是,要实现这一点,你需要探测到许多事件,”奥费克说。他指出,粗略地说,几十次的事件计数将使天文学家能够说出一些关于开普勒探测器看到的奥尔特云天体的信息。
奥费克说:“如果对奥尔特云内容的估计是正确的,我们很有可能探测到超过10个事件。”“如果你什么都没探测到,你仍然会对奥尔特云的内容施加迄今为止最强的约束。”