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发表于 2011-5-27 09:46
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作者: 南方周末记者 黄永明 2011-04-27 18:54:46
“开普勒”探测器的主要任务是在太阳系周围的15万颗恒星中，寻找它们附近那些与地球相似的行星。2011年4月8日出版的《科学》杂志发表三篇论文报告开普勒的新发现，包括一颗岩石行星，大量的恒星“星震”以及奇妙的三体恒星。
地球之外，宇宙中还有没有像我们这样的星球？这是过去几个世纪里人们不断追问的问题。自1990年代以来，太阳系之外的行星（外星行星）相继被发现。到2011年4月23日，已知的外星行星已经有547颗。
在所有寻找外星行星的努力中，美国宇航局（NASA）的“开普勒”探测器是迄今最为专注于此的任务。它2009年3月发射升空，目标是要观察我们附近的15万颗恒星，找到那些隐藏在它们身旁的与地球相似的行星。
2011年1月，负责开普勒项目的团队宣布发现了第一颗岩石构成的外星行星。它被命名为“开普勒-10b”，大小是地球的1.4倍，成为已知的太阳系之外最小的行星。
之前发现的大部分行星要么过于庞大，是比木星还要大几倍到十几倍的气态行星，要么由于距离恒星太近而过于炎热，看上去都与地球相差甚远，从环境上来说也不大可能适合生命存在。“开普勒”探测器则让人们有机会去发现那些质量与我们地球相似、环境适宜生命的行星。
在运行两年之后的今天，“开普勒”已经发现了1235个行星候选者，得到确认的外星行星有15个。4月8日出版的美国《科学》杂志一次性发表了三篇论文，报告天文学家们从“开普勒”的海量数据中挖掘出的新发现。
“开普勒”探测器迄今发现的1235个可能的外星世界（图中的黑点）。
第一颗岩石行星
“开普勒”是一架运行在太空中的口径95厘米的望远镜，向着天鹅座和天琴座的特定区域进行观测，记录超过15万颗恒星的亮度变化。
如果一颗恒星的亮度变化十分规律，那么它的周围可能就存在行星。这是因为，行星在环绕恒星运行的过程中可能会在我们的视线方向上遮挡一部分星光。类地行星在恒星前面经过时会造成恒星亮度变暗万分之一，持续的时间从1小时到16小时不等。
对于这种探测方法来说，一个关键的条件是，行星运行的轨道面必须是侧向我们的。这样行星才有可能在我们的方向上遮挡星光。此种情况发生的概率可以用恒星的直径除以轨道直径计算出来。对于地球这样的行星来说，有0.5%的可能性是它刚好运行在能遮挡星光的轨道上。那么，天文学家要想发现它们，就需要观测数量庞大的恒星，即便我们假设类地行星在银河系中是普遍存在的。
开普勒-10b位于560光年之外，环绕一颗与我们的太阳十分类似的恒星运行。这颗恒星（名为“开普勒-10”）与太阳没有太多不同，只是比太阳年老一些，已经有80亿岁。
当天文学家从开普勒-10的亮度变化中推断出它可能拥有一颗小质量的行星之后，便把它放进了重点观察的行列。位于美国夏威夷的地面望远镜“凯克”随后用不同于“开普勒”探测器的另一种方法对开普勒-10进行了观测，最终证实那里确实有一颗类地行星。
“发现开普勒-10b是我们探索类地行星道路上的一个重要里程碑。”NASA开普勒项目科学家道格拉斯·赫金斯（Douglas Hudgins）在发布这项新发现时说，“尽管这颗行星并不位于适居区，但这项激动人心的发现展示了（开普勒）任务让什么样的发现成为可能，也预示了后面还会有更多的发现。”
开普勒-10b是利用“开普勒”探测器在2009年5月至2010年1月之间的观测数据做出的。这颗行星每0.84天便环绕恒星运行一圈，它离恒星的距离只相当于水星到太阳距离的二十分之一，因而它并不位于科学家所认为的“适居区”的范围。
行星“开普勒-10b”的想象图。
“星震”传递的秘密
“开普勒”探测器的望远镜实际上是一台经过特殊设计的测光仪，能够精确地测量恒星的亮度变化。因此，它在探测行星的同时，也为天理物理学家研究恒星的特性提供了高质量的数据。
恒星自身也会有亮度的高频变化，这种变化来自于所谓“星震”。就像地震学家能够从地震波里获取地球内部的信息一样，通过研究来自恒星内部的光波，星震学家也能够获知许多恒星内部的秘密。
由于开普勒-10是“开普勒”探测器所观察的恒星中较亮的一颗，因而探测器获得了关于它的很好的星震数据，使这颗恒星成为了带有行星的恒星中天文学家最为了解的之一。
“恒星内部的声音使得它们像乐器一样鸣响或震动。如果你测量一个乐器的音高，你能得知这个乐器有多大。乐器越大，它的音高就越低，声音就更低沉。这就是我们如何得知一颗恒星有多大——借助于星际音乐。”英国伯明翰大学的天体物理学家比尔·查普林（Bil Chaplin）说。
星震能够让科学家得知包括质量、体积、年龄在内的一系列恒星的基本信息。而对恒星了解得越多，天文学家就越容易了解它的行星。在取得了恒星开普勒-10的基本特性之后，研究行星的天文学家便计算出，开普勒-10b这颗行星的质量是地球的4.6倍，平均密度是每立方厘米8.8克，与铁质哑铃的密度相当。
现在，天体物理学家已经借助“开普勒”探测器研究了大约500颗恒星的星震。当他们得到足够多的单个恒星的性质时，就可以将其与理论模型中银河系恒星的分布情况进行对照。查普林等人在4月8日的《科学》杂志上发表了最新的研究结果。
“以前天文学家用建立恒星和行星的计算机模型的方法，来预测银河系里恒星的‘星族’。由于数据的缺乏和精度不够，要细致验证这些模型是很困难的。现在我们拥有了以前所未有的精度测验和审视这些模型的工具，让我们可以建立银河系星族分布的精确图景。”查普林说。
查普林所在的团队叫做“开普勒星震科学联盟”，由大约500人组成，是世界上最大的天文学研究团队之一。他们正努力对“开普勒”的数据做挖掘工作。查普林的一位同事打比方说，在“开普勒”之前，他们只有大约20颗恒星的星震数据，而现在他们简直是拥有了一个管弦乐队。
在同一期《科学》杂志的另一篇文章中，年轻的研究者们发现，一颗红巨星在演奏音乐时“走调”了。他们由此发现了一个预料之外的现象。
比利时鲁汶大学的博士生保尔·贝克（Paul Beck）是这项研究的第一作者。他和其他的年轻人被给予了挖掘“开普勒”数据的机会。在分析一颗红巨星的数据时，他们注意到有一些震动不太一样。
此前，天文学家们只观测到了恒星外层的波，这些波向恒星内部传播数千千米，到某一深度时，由于物质密度太大，波无法穿透而被反弹回表面。但贝尔等人却发现这颗红巨星内部的波一直穿透核心。
红巨星是恒星演化到晚期的一个状态，我们的太阳会在50亿年之后进入红巨星的状态。“窥视到这些红巨星的核心将让我们了解到太阳在变老之后究竟会是怎样的状况。”贝克说。
奇妙的“三体”恒星
匈牙利罗兰大学的阿利兹·德赖考什（Aliz Derekas）及其同事利用“开普勒”的数据深入研究了另一个有趣的天体系统。那是由三颗恒星组成的系统，其中有两颗红矮星相互绕转，同时它们又共同围绕一颗遥远的红巨星运行。他们的研究论文也发表在4月8日的《科学》杂志上。
德赖考什等人把这个恒星系统称为“三件套”。其中那颗红巨星编号为HD181068，其半径是太阳的12.4倍。从地球上看去，它是一颗亮度为7等的星，想用肉眼看到略有困难，但借助于小型望远镜便不难看到。
在“开普勒”的观测中，这个三星系统的亮度特征非常明显。它的亮度会以0.9天的周期快速降低，这是系统中的恒星相互遮挡产生的效果。
天文学家认为，对三星系统的研究有助于检验关于恒星形成和演化的理论。尽管三星系统在宇宙中并非罕见，比如北极星也是三星系统，但以合适的角度朝向地球仍然是难得的。在HD181068三星系统中，两颗红矮星和红巨星非常规律地互相掩食。
有趣的是，由于两颗红矮星的亮度和红巨星非常相近，所以当红矮星运行到红巨星的前面时，它们的遮光效果几乎无法探测到。这就好像在雪地当中你很难看到一只白兔。
另外，三星系统中那颗红巨星的星震也有点奇怪。天文学家观测的其他红巨星的星震与太阳的情况是相似的，但这颗红巨星却不是这样。德赖考什认为，这可能意味着来自两颗红矮星的潮汐力诱发了红巨星表面的共鸣，从而使它的星震与其他红巨星不同。
“尽管事实上它的亮度接近于肉眼可见，但这个独一无二的系统的迷人性质一直不为人知，直到现在。”德赖考什说，“我们真的非常依赖于‘开普勒’这样空前精确的、不间断测光的监视，才得以发现这罕见的宝石。” |
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生活精彩在于想象力丰富和善于调整心态。幸福来自于深切感触、简单享受、自由思考以及被需要 ——地球历公元2006年2月10日上午11：55分。by meteorobs
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