本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在我成长的 20 世纪 60 年代,天文学家和行星科学家普遍认为,银河系和更广阔的宇宙可能充满了行星。除了逻辑之外,没有证据支持这种信念:仅我们银河系就包含比您一生中可以数清的星星还要多的星星,而可见宇宙拥有数十亿个星系。认为我们自己这个平平无奇的太阳是行星凝结成形的唯一场所,那将是荒谬的。
在 20 世纪 90 年代,我们了解到这种假设是有效的:天文学家发现了第一批经过验证的系外行星——首先(奇怪的是),围绕着一颗早已爆炸的恒星的烧毁残骸运行,然后在类似太阳的恒星周围,飞马座 51。随后又进行了数十次类似的发现,但行星是稀有而奇特的,还是像飞蛾在路灯的光芒中飞舞一样常见,仍然不清楚。
但现在我们知道是后者,这几乎完全归功于非凡的开普勒太空飞船,它终于寿终正寝:美国宇航局于 10 月 30 日宣布,该探测器已经耗尽了运行所需的燃料。
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当美国宇航局工程师比尔·博鲁茨基在 20 世纪 80 年代首次构想出后来的开普勒计划时,没有人认真对待他。博鲁茨基建议,您可以通过观察恒星在其行星从前方经过时变暗来找到遥远的世界——这种现象被称为凌星——就像金星和水星偶尔从太阳前方经过一样。然而,这种变暗是无限小的;即使是一颗大行星也不会阻挡恒星明亮的光芒。博鲁茨基的大多数同事认为这是不可能测量的。
美国宇航局总部同意:他们拒绝了他的想法,不是一次而是几次,当他不断地重新提出这个想法时,加拿大天文学家布鲁斯·坎贝尔开创并由大卫·莱瑟姆、米歇尔·麦耶、杰夫·马西等人改进的另一种行星搜寻方式开始取得实际发现(他们测量了恒星的轻微摆动,这是由轨道行星的引力拖拽引起的)。
但在 2001 年,博鲁茨基终于让美国宇航局屈服了。该机构批准了开普勒计划,该计划于 2009 年发射,开始毫不眨眼地凝视着大约 15 万颗恒星(这个数字最终将上升到 50 万颗)。即使它们有行星,大多数也不会变暗,因为轨道必须与地球的视线边缘对齐才能发生这种情况。但在接下来的九年中,数千颗恒星确实变暗了——并且,通过推断来解释如果方向正确会发生的情况,该太空探测器表明,仅银河系就拥有比恒星多得多的行星。
如果您关心其他世界上的生命(几乎所有行星搜寻者都关心),结果表明,多达一半的恒星拥有在大小和温度上与地球有些相似的行星。它们可能实际上并没有孕育生命,但它们的存在本身就会让曾经是(现在仍然是)天文迷的孩子感到震惊和高兴。
这还不是全部:开普勒还向我们展示了一种在我们自己的系统中看不到的行星类型——所谓的超级地球,比我们自己的地球大,但比天王星和海王星小——在其他地方非常常见。(“看不到”这个词是故意的:天文学家目前正在寻找这样一个世界,非正式地称为 X 行星或九号行星,它可能在冥王星之外遥远的地方运行)。
这一点,连同热木星的发现——巨大的世界在比水星绕太阳运行的轨道更紧密的轨道上围绕恒星旋转——以及太阳系行星大小的分布通常不如我们太阳系广泛的发现,表明我们自己的太阳系有点奇怪。哥白尼教会我们地球不是宇宙的中心。后来的发现表明,太阳也不是特殊的。即使是构成行星和恒星的物质也不是特殊的,因为仍然神秘的暗物质的总质量是其五倍多。相比之下,我们太阳系显然在某些方面是特殊的。这当然只是开普勒科学成就的部分清单;如果您有兴趣,美国宇航局可以告诉您更多内容。
开普勒并不是第一个发现系外行星的望远镜,也不会是最后一个:美国宇航局的苔丝任务于去年春天发射,刚刚开始做出自己的发现——而且由于它正在观察天空中最亮的 20 万颗恒星,这意味着它也与开普勒不同,正在观察许多最近的恒星。当它确实识别出行星时(到目前为止我们知道是何时,而不是是否),其中一些行星可能足够近,可以用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 进行研究,该望远镜计划于 2021 年发射,并使用目前正在智利建造的巨型地面望远镜,以及不久后在夏威夷建造的巨型地面望远镜。美国宇航局也在研究在 2030 年代发射比 JWST 更大的太空望远镜的可能性,这些望远镜可以拍摄附近恒星周围的类地行星的照片,以寻找生命迹象。开普勒的银河系普查对于这项工作至关重要,因为它提供了确凿的证据,表明有希望的世界实际上存在于这些数十亿美元的巨型望远镜的目标范围内。
但是开普勒的发现最多,最终使科学家能够对填充银河系的行星种群做出广泛的概括。它将系外行星学从集邮变成了人口普查。就像伽利略四个多世纪前的第一个简陋望远镜一样,它也开始了我们对宇宙理解的转变。
我个人为它发生在我有生之年而感到兴奋。