开普勒最终耗尽燃料，但它将永远推动我们寻找行星的雄心

几个世纪以来，人类一直在思考是否存在围绕遥远恒星运行的其他地球。也许其中一些外星世界会孕育奇异的生命形式，或拥有独特而有说服力的历史或未来。但直到 1995 年，天文学家才在太阳系外发现了第一颗围绕类日恒星运行的行星。

尤其是在过去十年中，已知的围绕遥远恒星运行的行星数量从不到 100 颗增加到 2,000 多颗，另有 2,000 颗可能的行星等待确认。这些新发现大部分都归功于一项努力——美国宇航局的开普勒任务。

开普勒太空飞船搭载着一台直径 1 米的望远镜，它照亮了一台饼干盘大小的 95 兆像素数码相机。该仪器探测到了 15 万颗遥远恒星亮度的微小变化，寻找行星在穿过望远镜视线时遮挡部分星光的迹象。它的灵敏度非常高，以至于它可以在地球轨道上探测到一只在芝加哥一盏路灯周围嗡嗡作响的苍蝇。它可以看到恒星的摇晃和振动；它可以看到星斑和耀斑；在有利的情况下，它可以看到像月球一样小的行星。

开普勒的数千次发现彻底改变了我们对行星和行星系统的理解。然而现在，这艘航天器已经耗尽了肼燃料，正式进入退役状态。幸运的是，对于行星猎人来说，美国宇航局的 TESS 任务于 4 月启动，将接管系外行星的搜索。

开普勒的历史

开普勒任务由美国宇航局科学家比尔·博鲁茨基于 20 世纪 80 年代初构思，后来得到了戴维·科赫的帮助。当时，太阳系外尚无已知行星。开普勒最终于 21 世纪组装完成，并于 2009 年 3 月发射升空。我于 2008 年加入开普勒科学团队（当时还是一名天真的新手），最终与杰克·利索尔共同主持了研究行星运动的小组。

最初，该任务计划持续三年半，并可能延长至燃料、相机或航天器使用寿命结束。随着时间的推移，相机的部分部件开始出现故障，但任务仍在继续。然而，2013 年，当四个稳定陀螺仪（技术上称为“反作用轮”）中的两个停止运转时，开普勒最初的任务实际上就结束了。

即便如此，NASA 还是凭借一些巧妙的手段，利用太阳反射光帮助飞船导航。该任务被重新命名为 K2，并在接下来的五年里继续寻找行星。现在，随着燃料表几乎耗尽，行星搜寻工作即将结束，飞船将在太阳系中漂泊。原始任务的最终候选行星目录已于去年年底完成，对 K2 的最后一次观测也即将结束。

开普勒的科学

我们还需要在未来几年继续从这些数据中挖掘知识，但迄今为止我们所看到的结果已经让全球的科学家感到惊讶。

我们已经看到一些行星在短短几个小时内绕其主恒星运行，并且它们非常热，以至于表面岩石蒸发并像彗星尾巴一样拖在行星后面。其他系统中的行星彼此非常接近，如果你站在其中一颗行星的表面，第二颗行星看起来会比 10 个满月还要大。一个系统中的行星非常密集，以至于其中八颗行星与恒星的距离比地球与太阳的距离还要近。许多系统中的行星，有时是多颗行星，在其主恒星的宜居带内运行，液态水可能存在于其表面。

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和任何任务一样，开普勒计划也有其弊端。它需要连续四年盯着天空的某个部分，每 30 分钟闪烁一次。为了研究足够多的恒星以进行测量，恒星必须距离相当遥远——就像当你站在森林中间​​时，离你较远的树木比你身边的树木要多。遥远的恒星很暗，它们的行星很难研究。事实上，对于想要研究开普勒行星特性的天文学家来说，一个挑战是开普勒本身往往是最好的仪器。地面望远镜的高质量数据需要用最大的望远镜进行长时间的观测——这种宝贵的资源限制了可以观测到的行星数量。

我们现在知道，银河系中的行星数量至少与恒星数量一样多，其中许多行星与我们太阳系中的行星截然不同。要了解各种行星的特征和个性，天文学家需要研究那些围绕更明亮、更近的恒星运行的行星，因为这样可以使用更多的仪器和望远镜。

进入 TESS

美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星任务由麻省理工学院的乔治·里克领导，正在使用开普勒使用的相同探测技术寻找行星。TESS 的轨道不是围绕太阳，而是与月球有着密切的关系：TESS 每绕一次月球轨道，就会绕地球两圈。TESS 的观测模式不是盯着天空的某个部分，而是会用重叠的视野扫描几乎整个天空（就像花朵上的花瓣一样）。

根据开普勒望远镜的观测结果，天文学家预计 TESS 将会发现数千个行星系统。通过勘测整个天空，我们将发现轨道距离开普勒望远镜发现的恒星系统近 10 倍、亮度 100 倍的系统，这将为测量行星质量和密度、研究行星大气层、描述行星主星以及确定行星所在系统的全部性质开辟新的可能性。反过来，这些信息将告诉我们更多关于我们自己星球的历史、生命可能如何开始、我们避免了哪些命运以及我们本可以走哪些其他道路的信息。

随着开普勒望远镜完成其旅程并由 TESS 接力前进，我们在宇宙中寻找自己位置的探索仍在继续。

杰森·斯特芬是内华达大学拉斯维加斯分校物理学和天文学助理教授。本文最初发表于《对话》。