克卜勒望遠鏡

克卜勒太空望遠鏡

探索人類第二家鄉

12-31-2017

 

克卜勒任務 (Kepler Mission)

2009年3月7日, NASA在佛羅里達州卡納維拉爾角, 將一艘載有的太空船, 送入地球繞太陽的 (又稱日心)軌道, 这艘太空船尾隨着地球繞太陽飛行。命名克卜勒為了紀念16世紀名的德國數学家和天文学家 ~ 約翰尼斯.克卜勒 (Johannes Kepler, 1571~1630).

 

克卜勒任務, 講白了就是在宇宙中尋找太陽系外合適人類居住的第二顆行星, 又稱為「系外類地行星」。為了避免地球光害和引力的干擾, 它繞日的軌道是跟着地球的後面。如此安排, 提供了一個更穩定的觀測平台。該計劃预定要花數年時間來观测太空之中約10萬颗恆星。

 

凌星方法 (Transit Method)

所謂凌星法就是, 當一個繞着恆星運轉的行星, 運行至該恆星前方時, 它会遮住至少一部分該恆星所發出的光芒。如果这颗類地行星, 它的大小和地球類似, 掠過恆星時, 它會科学家可以借着恆星亮度的減少, 來估算行星體積的大小和質量。光強的变化等於行星和恆星截面積比, 或者它们半徑的平方比。若以地球和太陽例, 減弱太陽發出的亮度約0.01% 左右。

同時, 科學家测量連續兩次凌星的間隔期, 也可以大約計算出該行星的軌道, 和行星地表的溫度。無論是太熱或者太冷, 都不適宜人類居住。

 

視向速度法

另一種方法測試系外行星是利用視向速度法。在一個恆星附近若是存在一顆行星, 他们之间受萬有引力影响彼此繞着一個質心轉動。因此, 從遠處观測这颗恆星周期性振动频率,也可以估算出那颗行星的大小.

克卜勒望遠鏡因為視野 (Field of View , FOV) 較大, 故發現類似地球行星的機率也要比哈伯太空望遠鏡大許多。

 

觀察的局限性

克卜勒太空望遠鏡能同時追踪十万顆銀河系恆星, 以每30分鐘测量一次其亮度的变化之過程, 必须是全天候、全年都不可间断地觀測。 倘若一年之內, 星球繞到太陽後方, 便無法觀測。故觀察視野必須排除在黃帶道 (Ecliptic Plane) 以內的眾星。因此本計劃固定的觀測區域選擇了銀河系中的天鵝座和天琴座, 觀測的標的也不会被小行星帶或柯伊伯帶雜亂的天体所遮敝。

 

限縮目標

選擇目标的特徵包含: (1) 恆星大小及亮度必须類似太陽; (2) 行星的質量、大小及軌道都必须類似地球, 約為地球的0.5~ 1.5倍, 因為太大或太小的行星都無法形成大氣層; 这樣的行星才有可能存在維持生命的大氣層、水和適合人類居住的温度和環境。

 

找到目標

歷經五年的探索，終於發掘克卜勒~452b行星，與地球相似度達到98%！克卜勒~452是本計劃所追踪恆星的名字，或叫第452顆恆星。後面那個小寫字母「b」，就代表這個恆星旁邊只有一顆行星。如果它有三顆行星，就叫「bcd」。452這顆恆星，和太陽非常相似，只比太陽的亮度亮了10%。452b這顆行星，繞這個恆星一圈是385天，只比地球繞太陽多了20天，所以它也處在宜居帶裡面，它的溫度大概跟地球差不多，適合液態水的存在。體積大概是地球的1.6倍。所以科學家說，這顆行星與地球的相似度是98%。 可惜這顆行星距離地球1400光年!

 

2017 年2月, NASA科学家透过史匹哲望遠鏡(Spitzer Space Telescope, 简稱SST) 成功地找到7顆類地行星, 繞着一恆星 (叫超冷矮星) 公轉, 其中至少有3颗處於宜居帶. 这些(太陽)系外行星位於水瓶座, 離地球39光年, 與上述相比, 算是十分靠近地球. 这是該中心14年來最令人振奮的發現。史匹哲太空望遠鏡是 2003年8月NASA 發射的一顆紅外天文衛星,。

 

功成身退

这花了六億美元經費的克卜勒太空望遠鏡, 2013年, 探测器上有二個陀螺儀出了毛病, 從此失去了精確定位功能, 再無法鎖定原先研究的目標。經过太空總署科学家们的努力, 利用太陽能的修正, 竟然免強地完成了任務, 飛了九年, 最近九個推進器中, 也報銷了一個。最致命的是液態燃料即將用罄, 它的成就大大地超出預期之外, 先後發現了2700 顆太陽系外的行星( Exoplanets), 終於克卜勒將在 2018年底吹熄燈号, 它服務的期限已遠超过当初所設定的3.5年! 以後就任憑它孤独地在黑暗浩瀚的宇宙中流浪。再見了! 克卜勒太空望遠鏡!

 

克卜勒太空望遠鏡未完成的任務被不久前才送上軌道的另一颗新一代望遠鏡, 名叫「凌星系外行星探测衛星」(TESS) 所取代。遙遠的行星本身不發光, 体積又小, 除了「凌星法」之外, 幾乎沒有其它更简單的方式觀察他們。

 

在仲夏夜晚, 仰望滿天星斗, 浩瀚的宇宙, 讓人無法置信, 難道地球是人類唯一的家鄉? 漫天如海沙般的星球, 尋找到一顆和地球環境一模一樣的星球, 其機率不是沒有, 而是在人類短暫的一生中, 似乎無法觸及。