过去几十年天文学家发现的 4,000 多颗系外行星大多来自 NASA 开创性的开普勒任务，该任务于 2009 年发射，并于 2018 年 10 月底结束。但在开普勒任务的大量数据中，仍有更多行星等待被发现——一种新方法刚刚从该任务的第二个也是最后一个阶段 K2 中发现了迄今为止最大的一批行星。
从 2014 年到 2018 年的 K2 运行因其独特地利用了开普勒太空望远镜的功能（或缺乏功能）而引人注目。开普勒本质上是一个带有单个摄像机的大管子，它依靠四个反作用轮（用于调整航天器方向的旋转轮）在特定天区进行数天甚至数周的长时间凝视。这种长时间的凝视对其主要的行星探测技术有利，即凌星法，该方法通过观察恒星光线的下降来探测行星，这种下降是由绕轨道运行的行星在其前方经过引起的。但是，当开普勒的两个反作用轮分别在 2012 年和 2013 年发生故障时，任务规划人员想出了一种巧妙的方法，即利用太阳风的压力充当临时的第三个轮子，从而使观测能够继续进行，尽管存在一些局限性。
“我们遇到这个问题是因为 K2 任务依靠两个反作用轮工作；它每六个小时就会稍微滚动一下，”太空望远镜科学研究所的苏珊·穆拉利说。“因此，光变曲线中会出现一些小弧线，你必须先将其移除。”
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅，您将有助于确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
随后人们做出了各种努力从 K2 数据中提取行星。但是，没有一项比 NASA 戈达德太空飞行中心的伊桑·克鲁斯及其同事在新的论文中报告的更为成功，该论文已于上周发布在预印本服务器 arXiv.org 上，并已被接受在天体物理学杂志增刊系列上发表。克鲁斯采用了一种名为 QATS（准周期自动凌星搜索）的算法和一个名为 EVEREST（系外行星科学目标的 EPIC 变异性提取和去除）的光变曲线分析程序，以更好地解释航天器的滚动以及 K2 数据中其他仪器和天体物理“噪声”的来源。结果是从 K2 前 20 个观测活动的 9 个活动中，发现了惊人的 818 个行星候选者——其中 374 个是以前从未被发现的。
“我们试图找到我们知道在其他搜索中遗漏的行星，”克鲁斯说，他作为华盛顿大学论文的一部分，在该项目上花费了三年多的时间。“主要结果是它奏效了。”
克鲁斯及其同事的大量发现包括从热木星（极其靠近恒星运行的气态巨行星）到超级地球（大小介于地球和海王星之间的行星，在我们的星系中非常丰富，但奇怪的是，似乎在我们太阳系中不存在）。该团队还发现了 87 个多行星系统，包括两个新的五行星系统和一个新的六行星系统，并设法使用凌星时间变化（行星凌星中由另一个世界的存在引起的摆动）来发现一颗先前发现的亚海王星。“这是迄今为止一篇论文中 K2 的最大收获，”未参与这项工作的穆拉利说。
克鲁斯指出，他的团队的搜索能够找到先前对 K2 前九个观测活动的所有搜索中发现的行星的近 90%，而他的论文中只有大约一半的行星以前被发现过。大多数新发现的世界都是候选行星，这意味着它们需要后续观测才能得到证实。但如果它们被确认为真实行星，那么 374 颗行星的发现将使 K2 数据中发现的行星总数增加约 50%——对于一篇论文来说，这是一个了不起的结果。“我认为这真的是你想如何进行天文数据分析的黄金标准，”纽约大学的本杰明·波普说，他没有为克鲁斯的这项研究做出贡献。
在克鲁斯及其团队发现的行星候选者中，有 154 个属于一个名为互凌星行星的有趣群体。这些世界在其轨道平面上，我们可以观察到它们围绕恒星的凌星，但这些行星上的观察者也可以使用相同的方法观察地球围绕太阳运行。“他们看到我们凌星，我们也看到他们凌星，”哥伦比亚大学的大卫·基平说，他没有参与这篇新论文。基平指出，这些世界可能是探测其他文明“技术特征”的主要目标。“这些系统的居民在他们凌星期间有一个自然的时间窗口来尝试与我们通信，”他说。
克鲁斯的分析还加强了先前开普勒数据中看到的一些奇怪趋势。特别是，许多行星似乎以 3:2 的共振与其相邻世界绕恒星运行，这意味着一个行星完成三个轨道，而另一个行星完成两个轨道——我们在我们自己的太阳系中木星的卫星中看到了这种情况。“当周期像这样相关时，它告诉我们关于它们如何形成的线索，”加州理工学院的杰西·克里斯蒂安森说，他指出这个比率可能暗示行星系统早期阶段的规则行星迁移。“我们一次又一次地看到共振高峰，对我来说，这真的很有趣。这不仅仅是开普勒数据的一些侥幸。”
随着开普勒任务的结束，NASA 的系外行星工作现在已转移到新的望远镜，即凌星系外行星巡天卫星 (TESS)，该卫星于 2018 年发射。TESS 已经发现了近 1,000 颗新的候选行星，其中许多是在本周在麻省理工学院举行的 TESS 科学会议上宣布的，而像克鲁斯这样的方法可能有助于在未来发现更多。“你可以将所有这些代码直接移植到 TESS，几乎无需更改，”波普说。克鲁斯还计划在未来的某个时候将他的技术应用于剩余的 K2 数据。
克鲁斯论文的最初目标是设计一个单一的搜索，可以找到一组数据中的每一颗凌星行星。虽然这个目标并没有完全实现（克鲁斯的分析可能遗漏了最初一批 K2 数据中仍然潜伏的一小部分行星），但穆拉利指出，天文学家渴望找到方法来定位任何给定数据集中的每一颗可能的行星。“目前还没有‘一次搜索统治一切’的方法，”她说。“但其中一些似乎比其他方法表现更好，我们仍在试图弄清楚参数空间到底是什么。”而且，就目前而言，克鲁斯的努力是最好的之一。