過去幾十年天文學家發現的 4,000 多顆系外行星大多來自 NASA 開創性的開普勒任務，該任務於 2009 年發射，並於 2018 年 10 月底結束。但在開普勒任務的大量資料中，仍有更多行星等待被發現——一種新方法剛剛從該任務的第二個也是最後一個階段 K2 中發現了迄今為止最大的一批行星。
從 2014 年到 2018 年的 K2 執行因其獨特地利用了開普勒太空望遠鏡的功能（或缺乏功能）而引人注目。開普勒本質上是一個帶有單個攝像機的大管子，它依靠四個反作用輪（用於調整航天器方向的旋轉輪）在特定天區進行數天甚至數週的長時間凝視。這種長時間的凝視對其主要的行星探測技術有利，即凌星法，該方法透過觀察恆星光線的下降來探測行星，這種下降是由繞軌道執行的行星在其前方經過引起的。但是，當開普勒的兩個反作用輪分別在 2012 年和 2013 年發生故障時，任務規劃人員想出了一種巧妙的方法，即利用太陽風的壓力充當臨時的第三個輪子，從而使觀測能夠繼續進行，儘管存在一些侷限性。
“我們遇到這個問題是因為 K2 任務依靠兩個反作用輪工作；它每六個小時就會稍微滾動一下，”太空望遠鏡科學研究所的蘇珊·穆拉利說。“因此，光變曲線中會出現一些小弧線，你必須先將其移除。”
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隨後人們做出了各種努力從 K2 資料中提取行星。但是，沒有一項比 NASA 戈達德太空飛行中心的伊桑·克魯斯及其同事在新的論文中報告的更為成功，該論文已於上週釋出在預印本伺服器 arXiv.org 上，並已被接受在天體物理學雜誌增刊系列上發表。克魯斯採用了一種名為 QATS（準週期自動凌星搜尋）的演算法和一個名為 EVEREST（系外行星科學目標的 EPIC 變異性提取和去除）的光變曲線分析程式，以更好地解釋航天器的滾動以及 K2 資料中其他儀器和天體物理“噪聲”的來源。結果是從 K2 前 20 個觀測活動的 9 個活動中，發現了驚人的 818 個行星候選者——其中 374 個是以前從未被發現的。
“我們試圖找到我們知道在其他搜尋中遺漏的行星，”克魯斯說，他作為華盛頓大學論文的一部分，在該專案上花費了三年多的時間。“主要結果是它奏效了。”
克魯斯及其同事的大量發現包括從熱木星（極其靠近恆星執行的氣態巨行星）到超級地球（大小介於地球和海王星之間的行星，在我們的星系中非常豐富，但奇怪的是，似乎在我們太陽系中不存在）。該團隊還發現了 87 個多行星系統，包括兩個新的五行星系統和一個新的六行星系統，並設法使用凌星時間變化（行星凌星中由另一個世界的存在引起的擺動）來發現一顆先前發現的亞海王星。“這是迄今為止一篇論文中 K2 的最大收穫，”未參與這項工作的穆拉利說。
克魯斯指出，他的團隊的搜尋能夠找到先前對 K2 前九個觀測活動的所有搜尋中發現的行星的近 90%，而他的論文中只有大約一半的行星以前被發現過。大多數新發現的世界都是候選行星，這意味著它們需要後續觀測才能得到證實。但如果它們被確認為真實行星，那麼 374 顆行星的發現將使 K2 資料中發現的行星總數增加約 50%——對於一篇論文來說，這是一個了不起的結果。“我認為這真的是你想如何進行天文資料分析的黃金標準，”紐約大學的本傑明·波普說，他沒有為克魯斯的這項研究做出貢獻。
在克魯斯及其團隊發現的行星候選者中，有 154 個屬於一個名為互凌星行星的有趣群體。這些世界在其軌道平面上，我們可以觀察到它們圍繞恆星的凌星，但這些行星上的觀察者也可以使用相同的方法觀察地球圍繞太陽執行。“他們看到我們凌星，我們也看到他們凌星，”哥倫比亞大學的大衛·基平說，他沒有參與這篇新論文。基平指出，這些世界可能是探測其他文明“技術特徵”的主要目標。“這些系統的居民在他們凌星期間有一個自然的時間視窗來嘗試與我們通訊，”他說。
克魯斯的分析還加強了先前開普勒資料中看到的一些奇怪趨勢。特別是，許多行星似乎以 3:2 的共振與其相鄰世界繞恆星執行，這意味著一個行星完成三個軌道，而另一個行星完成兩個軌道——我們在我們自己的太陽系中木星的衛星中看到了這種情況。“當週期像這樣相關時，它告訴我們關於它們如何形成的線索，”加州理工學院的傑西·克里斯蒂安森說，他指出這個比率可能暗示行星系統早期階段的規則行星遷移。“我們一次又一次地看到共振高峰，對我來說，這真的很有趣。這不僅僅是開普勒資料的一些僥倖。”
隨著開普勒任務的結束，NASA 的系外行星工作現在已轉移到新的望遠鏡，即凌星系外行星巡天衛星 (TESS)，該衛星於 2018 年發射。TESS 已經發現了近 1,000 顆新的候選行星，其中許多是在本週在麻省理工學院舉行的 TESS 科學會議上宣佈的，而像克魯斯這樣的方法可能有助於在未來發現更多。“你可以將所有這些程式碼直接移植到 TESS，幾乎無需更改，”波普說。克魯斯還計劃在未來的某個時候將他的技術應用於剩餘的 K2 資料。
克魯斯論文的最初目標是設計一個單一的搜尋，可以找到一組資料中的每一顆凌星行星。雖然這個目標並沒有完全實現（克魯斯的分析可能遺漏了最初一批 K2 資料中仍然潛伏的一小部分行星），但穆拉利指出，天文學家渴望找到方法來定位任何給定資料集中的每一顆可能的行星。“目前還沒有‘一次搜尋統治一切’的方法，”她說。“但其中一些似乎比其他方法表現更好，我們仍在試圖弄清楚引數空間到底是什麼。”而且，就目前而言，克魯斯的努力是最好的之一。