研究對潛在的“地球2.0”的存在提出質疑

一項對美國宇航局開普勒行星搜尋任務資料的最新分析表明,該望遠鏡最受重視的發現之一,開普勒452 b,可能只是一個統計學上的海市蜃樓

這張藝術家對開普勒-452b的構想圖,是在天文學家於2015年宣佈發現該行星時釋出的,描繪了一個圍繞著一顆與我們的太陽相似的恆星的相當類似地球的世界。現在,一項新的研究正在質疑這顆行星的存在。

一些天文學家正在質疑太陽系外可能發現的最像地球的行星的存在,這是基於對檔案資料的重新審查。

開普勒452 b是由美國宇航局的開普勒太空望遠鏡發現的,並於2015年宣佈。當時,它看起來像是天文學家所期望的地球類似物:比我們的地球略大、質量更大,並且在一個圍繞著一顆與我們的太陽非常相似的恆星的385天宜居軌道上執行。

但是,開普勒452 b距離我們大約1,000光年,太過於微弱,難以進行後續研究。它的明視訊記憶體在完全基於開普勒主要任務期間收集的資料,該任務從2009年執行到2013年,後來因裝置故障而中斷。在此期間,航天器持續盯著天空中的一小片區域,等待那裡的任何恆星因行星穿過其表面而產生的陰影而幾乎無法察覺地變暗。這種“凌日”是開普勒發現絕大多數行星的方式;但是,除了行星之外,許多事物都可能導致恆星略微變暗,從而導致比發現新世界更多的誤報。對於任何被確認為真實的候選行星,都必須至少觀察到三次凌日。由於其較長的軌道週期,開普勒452 b在望遠鏡的主要任務結束之前勉強滿足了這一最低標準——但是許多其他更具技術性的測試使開普勒團隊確信該行星有99%的真實可能性。


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在一項新的分析中,該分析於上個月在被《天體物理學雜誌》接受的論文中報告,研究人員採取了一種極其統計的方法來考慮任何給定的行星候選者——平均計算出開普勒任務整個跨度以及每個儀器的總體誤差。在這個過程中,他們說他們學會了更好地將真實的行星訊號與天體物理學上的誤報或儀器噪聲區分開來。天文學家們憑藉對開普勒怪癖的更深入瞭解,認為他們可以更容易地標記出航天器的微小缺陷可能損害資料的位置和方式。作者使用這種方法重新審查了來自100,000多顆恆星的開普勒資料,希望找到更快確認強大的行星候選者並提高驗證邊緣候選者機率的方法。他們的批次再分析表明,軌道週期小於200天的世界非常容易確認,因為這些行星的凌日重複的次數足以顯示出任何背景儀器或天體物理噪聲之外的清晰趨勢。但是作者發現,由於開普勒主要任務的過早結束,確認週期較長的小型、相對地球大小的行星變得更加困難。考慮到這一點,他們將目光投向了在這些約束條件下最邊緣的目標之一:開普勒452 b。

“我的共同作者和我專注於開普勒452 b的原因是,它是迄今為止已確認的最長週期,[也是]最微弱的訊號,” 該研究的合著者、SETI研究所的科學家、負責開普勒任務的傑夫·考夫林說。

考夫林和他的同事們在他們改進的信噪比閾值下,通過幾個新的模擬運行了開普勒452 b的資料,特別關注航天器儀器中微小缺陷可能造成的汙染。他們發現這顆行星有高達92%和低至16%的真實可能性。“沒有證據表明它不是一顆行星,”考夫林說。“但它不是99%。”(他補充說,但他個人認為它真實的可能性“超過50%”。)

一些候選者可以使用另一種技術進一步檢查,該技術尋找因軌道天體的引力牽引而導致的恆星中的“擺動”,但是開普勒452 b距離太遠且太小,無法進行此操作。將其作為候選者保留的最大希望是哈勃太空望遠鏡,它可以用來觀察假定行星的下一次凌日,預計將在本月晚些時候發生。“我們知道下一次凌日應該何時發生,誤差在幾個小時之內,”開普勒的前共同研究員兼任務科學家、開普勒452 b發現論文的合著者娜塔莉·巴塔利亞說。

巴塔利亞認為,考夫林和他的共同作者只是在強調許多系外行星宣告中一個過於常見且早已眾所周知的問題:研究通常只考慮天體物理現象,而不考慮可能降低資料質量的儀器問題。但她也聲稱考夫林和同事的研究存在一些潛在問題——特別是其對分析開普勒資料採取的統計方法(而不是逐案分析)。她說,在平均計算出一個好的候選訊號與否時,該研究忽略了開普勒452 b最初如此有希望的因素。

巴塔利亞說,考夫林及其同事使用的方法沒有考慮到開普勒的實際問題區域,這些區域是透過多年的艱苦工作發現和定義的。例如,它的某些探測器的工作效果優於其他探測器。開普勒儀器有21個分段探測器——每個探測器都對映到天空中的特定恆星區域——並且用於檢測開普勒452 b的分段以產生比其他被證明存在問題的分段更清晰、更清晰的資料而聞名。她說,“當你計算開普勒行星候選者整個目錄的平均可靠性時,你是在對所有探測器進行平均。” 這並沒有考慮到開普勒452 b訊號的實際優勢,人為地降低了檢測的置信度。她補充說,最初的檢測實際上有三千分之一的錯誤可能性。“你想要使用對資料的最佳處理,而發現論文的資料集稍微乾淨一些。”

在被要求置評時,美國宇航局的一位發言人稱對開普勒452 b的質疑“是科學方法的一個運作例子,也是科學在新的資訊挑戰我們修改我們的想法並微調我們的假設時不斷發展的過程。我們歡迎辯論,因為它會導致我們在系外行星科學和天文學其他領域的知識不斷增長。”

在傳送給參與該專案的開普勒科學家的電子郵件中,來自美國宇航局系外行星科學研究所(負責管理該研究所的“系外行星檔案”目錄)的代表寫道,開普勒452 b現在應該保持其作為行星的地位:“這篇新論文尚未明確表明開普勒452 b訊號起源於儀器。雖然外部可靠性仍然很高,但內部可靠性低於2015年原始論文中聲稱的可靠性。目前,系外行星檔案已選擇將開普勒452 b保留在已確認的行星表中,直到發表更明確的反駁。”

目前唯一可以解決這場辯論的儀器是哈勃望遠鏡,考夫林說這“仍然是一個挑戰”。但是開普勒452 b的下一次預期凌日是在4月18日——對於天文學家來說,太快了,無法在太空觀測站的繁忙日程上獲得寶貴的時間段。下一次凌日(如果行星真的在那裡)將在2019年5月8日發生。在此之前,這顆行星的真實狀態將仍然不確定——天文學家可能會繼續質疑其他一些開普勒的發現。

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