本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
在我成長的 20 世紀 60 年代,天文學家和行星科學家普遍認為,銀河系和更廣闊的宇宙可能充滿了行星。除了邏輯之外,沒有證據支援這種信念:僅我們銀河系就包含比您一生中可以數清的星星還要多的星星,而可見宇宙擁有數十億個星系。認為我們自己這個平平無奇的太陽是行星凝結成形的唯一場所,那將是荒謬的。
在 20 世紀 90 年代,我們瞭解到這種假設是有效的:天文學家發現了第一批經過驗證的系外行星——首先(奇怪的是),圍繞著一顆早已爆炸的恆星的燒燬殘骸執行,然後在類似太陽的恆星周圍,飛馬座 51。隨後又進行了數十次類似的發現,但行星是稀有而奇特的,還是像飛蛾在路燈的光芒中飛舞一樣常見,仍然不清楚。
但現在我們知道是後者,這幾乎完全歸功於非凡的開普勒太空飛船,它終於壽終正寢:美國宇航局於 10 月 30 日宣佈,該探測器已經耗盡了執行所需的燃料。
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當美國宇航局工程師比爾·博魯茨基在 20 世紀 80 年代首次構想出後來的開普勒計劃時,沒有人認真對待他。博魯茨基建議,您可以透過觀察恆星在其行星從前方經過時變暗來找到遙遠的世界——這種現象被稱為凌星——就像金星和水星偶爾從太陽前方經過一樣。然而,這種變暗是無限小的;即使是一顆大行星也不會阻擋恆星明亮的光芒。博魯茨基的大多數同事認為這是不可能測量的。
美國宇航局總部同意:他們拒絕了他的想法,不是一次而是幾次,當他不斷地重新提出這個想法時,加拿大天文學家布魯斯·坎貝爾開創並由大衛·萊瑟姆、米歇爾·麥耶、傑夫·馬西等人改進的另一種行星搜尋方式開始取得實際發現(他們測量了恆星的輕微擺動,這是由軌道行星的引力拖拽引起的)。
但在 2001 年,博魯茨基終於讓美國宇航局屈服了。該機構批准了開普勒計劃,該計劃於 2009 年發射,開始毫不眨眼地凝視著大約 15 萬顆恆星(這個數字最終將上升到 50 萬顆)。即使它們有行星,大多數也不會變暗,因為軌道必須與地球的視線邊緣對齊才能發生這種情況。但在接下來的九年中,數千顆恆星確實變暗了——並且,透過推斷來解釋如果方向正確會發生的情況,該太空探測器表明,僅銀河系就擁有比恆星多得多的行星。
如果您關心其他世界上的生命(幾乎所有行星搜尋者都關心),結果表明,多達一半的恆星擁有在大小和溫度上與地球有些相似的行星。它們可能實際上並沒有孕育生命,但它們的存在本身就會讓曾經是(現在仍然是)天文迷的孩子感到震驚和高興。
這還不是全部:開普勒還向我們展示了一種在我們自己的系統中看不到的行星型別——所謂的超級地球,比我們自己的地球大,但比天王星和海王星小——在其他地方非常常見。(“看不到”這個詞是故意的:天文學家目前正在尋找這樣一個世界,非正式地稱為 X 行星或九號行星,它可能在冥王星之外遙遠的地方執行)。
這一點,連同熱木星的發現——巨大的世界在比水星繞太陽執行的軌道更緊密的軌道上圍繞恆星旋轉——以及太陽系行星大小的分佈通常不如我們太陽系廣泛的發現,表明我們自己的太陽系有點奇怪。哥白尼教會我們地球不是宇宙的中心。後來的發現表明,太陽也不是特殊的。即使是構成行星和恆星的物質也不是特殊的,因為仍然神秘的暗物質的總質量是其五倍多。相比之下,我們太陽系顯然在某些方面是特殊的。這當然只是開普勒科學成就的部分清單;如果您有興趣,美國宇航局可以告訴您更多內容。
開普勒並不是第一個發現系外行星的望遠鏡,也不會是最後一個:美國宇航局的苔絲任務於去年春天發射,剛剛開始做出自己的發現——而且由於它正在觀察天空中最亮的 20 萬顆恆星,這意味著它也與開普勒不同,正在觀察許多最近的恆星。當它確實識別出行星時(到目前為止我們知道是何時,而不是是否),其中一些行星可能足夠近,可以用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 進行研究,該望遠鏡計劃於 2021 年發射,並使用目前正在智利建造的巨型地面望遠鏡,以及不久後在夏威夷建造的巨型地面望遠鏡。美國宇航局也在研究在 2030 年代發射比 JWST 更大的太空望遠鏡的可能性,這些望遠鏡可以拍攝附近恆星周圍的類地行星的照片,以尋找生命跡象。開普勒的銀河系普查對於這項工作至關重要,因為它提供了確鑿的證據,表明有希望的世界實際上存在於這些數十億美元的巨型望遠鏡的目標範圍內。
但是開普勒的發現最多,最終使科學家能夠對填充銀河系的行星種群做出廣泛的概括。它將系外行星學從集郵變成了人口普查。就像伽利略四個多世紀前的第一個簡陋望遠鏡一樣,它也開始了我們對宇宙理解的轉變。
我個人為它發生在我有生之年而感到興奮。