开普勒太空望远镜很神奇，找到几千颗系外行星，为啥没找到生命？
人民资讯2021-12-26 10:30
「本文来源：科普中国」
寻找地外生命和文明，是科学家们几百年来的梦想。当然科学家不会像一些吃瓜群众，见到一个弄不明白的事情，如见到UFO（不明飞行物）就想入非非，硬要往外星人头上扯。
科学家讲的是证据，现在的证据是，在太阳系除了地球，其他星球连一个细胞都没有发现。
于是，科学家们将注意力转往太阳系以外
首先就是需要找到太阳系外其他恒星附属的行星，尤其是宜居带类地行星。所谓的宜居带，就是相距恒星在一个合适距离，行星温度不冷不热能保持液态水存在的区域；而类地行星就是像地球这样，有一层岩石包裹着具有固体表面的行星。
因为科学家们确信，要找到类似地球的生命，宜居带和类地行星是必备条件。当然宇宙中可能存在与地球完全不一样的生命或文明，这些生命和文明在什么样的条件下可以孕育和进化，目前就更没有发现，也没有理论，今天我们就不讨论了。
自从有了望远镜，几百年来科学家们一直在寻找太阳系外的行星，但犹如大海捞针，令人失望。直到1992年，美国两位天文学家亚历山大·沃尔兹森和戴尔·弗莱尔，首次发现了围绕着脉冲星运行的两颗系外行星，分别被命名为PSR B1257+12 B和PSR B1257+12 C；1995年，瑞士两位天文学家麦克·梅耶和迪迪尔·奎洛兹，则首次发现了围绕类太阳恒星公转的系外行星，命名为飞马座51b。
从此寻找系外行星（太阳系外行星）成为了天文学家们追崇的热门，众多的地面望远镜和科学项目组加入了搜寻系外行星的队伍，不断发现新的行星；1990年发射的首个太空望远镜哈勃号，则最早用直接成像法发现了北落师门周围的行星。但这些发现有的是“业余”，即便“专业”的效率也并不高，科学界迫切需要一个更专业更高效的系外行星搜寻计划。
这时，开普勒太空望远镜应运而生
开普勒太空望远镜（后面有时会简称“开普勒”）又称为开普勒任务，英文表述为Kepler Mission，是NASA（美国航天局）研制的世界首艘专门探测太阳系外类地行星的空间望远镜，并于2009年3月7日在美国卡纳维尔角空军基地发射升空。
约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）是17世纪的德国天文学家、数学家，他发现了行星运动三大定律，即轨道定律、面积定律和周期定律，为人类认识宇宙和行星运动贡献巨大，开普勒太空望远镜就以他的名字命名，以兹追崇。
开普勒望远镜不是像哈勃望远镜一样围绕着地球转，而是像地球一样围绕着太阳转，像个跟屁虫跟在地球屁股后面，但会渐渐远离地球，4年后距离地球约0.5AU（7500万公里）。其观测视场指向天鹅座和天琴座所在的领域，远离了黄道平面，这样就不但不会被地球遮蔽，可以持续观测，而且不会受到地球、月球漫射影响，也不会受到阳光渗漏影响。
“开普勒”质量约1039公斤，口径为0.96米，主镜为1.4米，视野约105平方度（视直径约12度），看到的天区与一个人伸直胳膊看到的拳头遮蔽的视野差不多，观测深度约3000光年，广度约全天的0.25%。
“开普勒”一升空，就显示了与众不同的非凡实力，在服役的9年多时间里，观测到候选系外行星5000多颗，经审查被确认的有2662颗，其中候选宜居带类地行星49颗，有30多颗得到确认。
全球科学界还采用多种方法寻找系外行星，从1995年发现首颗系外行星，截止到2020年11月16日，发现的系外行星总量为4373颗。从这个数据来看，仅开普勒太空望远镜的发现，就占已发现的系外行星总数的60%以上。
“开普勒”如何寻找系外行星？
现在科学探测系外行星的方法很多，如最早那颗行星就是利用视向速度法找到的，此外还有微引力透镜法、天体测量法、计时法、掩星法等等。这些都是通过间接观测，通过物理学原理测算出来的。
系外行星都无法直接“看到”，只能通过恒星光变和引力摄动等方式“测算”到的。因为系外行星视角太小了，到现在用直接成像法找到的行星只有100余颗，这种方法找到的行星都是巨大的“热木星”，也就是温度在600~2000K的年轻类木行星，其中绝大部分质量有木星数十倍。
直接成像也不是能够直接“看到”，而是通过恒星不可见的红外光变化来“测算”。这些寻找系外行星的方法都有一套很复杂的理论，今天就不展开说了，只说说掩星法。
开普勒太空望远镜寻找系外行星的方法就是采用掩星法。掩星法又称凌日法或凌星法，就是通过观测系外行星在视向上横穿恒星表面时，恒星光度发生细微变化来确定行星存在的方法。
因此“开普勒”上装置的最重要仪器就是NASA研制的高精度太空光度计，其主要功能不是得到行星清晰图像，而是通过对恒星光度测量，获取恒星的光度变化，从而计算出有没有行星围绕的结论。
“开普勒”对一颗m（V）=12类似太阳的恒星观测6.5小时，可检测出20ppm（百万分之二十）的综合光度变化，而一颗类似地球的行星凌星时造成的光度变化约84ppm。
“开普勒”就这样在轨道上定向观测10万颗恒星的光度，通过恒星光度细微变化来检测是否有行星凌日，并计算出凌日行星的公转周期、轨道大小、凌日深度、行星大小等等，还能通过对行星母恒星的光谱、光度等参数测算，得到其质量，从而推算出行星是否在宜居带。
“开普勒”的里程碑级发现
“开普勒”升空之前，科学界发现的系外行星基本都是大质量大体积的“热木星”，“开普勒”升空后，发现了大量与地球差不多的较小类地行星，还发现了首个具有6行星的恒星系统，首个围绕着两颗恒星运行的行星，发现围绕着类太阳恒星运行的最小行星等等。
为了大家阅读方便，特别说明一下行星的命名规则：就是恒星名字后面，根据靠近主恒星的行星顺序，依次命名为b、c、d、e、f、g、h等。“开普勒”发现的行星前面都冠以开普勒恒星名称，如开普勒20就是恒星名称，开普勒20e就是靠近开普勒20恒星的第4顺序行星。
开普勒20e和开普勒20f是人类最早发现的小行星，这两颗恒星的半径分别是地球的0.8倍和1.03倍，是距离我们约950光年的恒星~开普勒20系统中，五颗行星中的两颗。开普勒20是一颗类太阳恒星，质量约太阳的91%，表面温度略低于太阳，约5466K。这两颗类地行星距离主星太近，一般认为不适宜生命存在，而其他几颗行星都是类木行星。
但这个发现是一个重要转折点，终结了没有发现系外小行星的历史。
“开普勒”发现的最小行星是开普勒42恒星系统中的行星，这是一颗距离我们只有126光年的红矮星，质量只有太阳的0.13倍，光度只有太阳的0.24%，目前发现它有三颗行星相伴，其中的开普勒42b体积约地球的0.78倍，开普勒42c体积约地球的0.73倍，而开普勒42d的体积只有火星的1.97倍，是迄今发现最小的行星。
开普勒186是一颗距离我们约500光年的红矮星，质量约是太阳的0.54倍，其有五颗行星相伴，其中的开普勒186f最引人注目，大小约地球的1.1倍，且在宜居带，有科学家分析这很可能是最有希望存在生命的星球。但也有分析发现，虽然算得上是地球的表亲，但并非双胞胎，其在宜居带靠外的边缘区域，很可能存在的是水冰而非液态水，不一定适宜居住。
而开普勒1649c则是一个意外发现，这颗审查时被遗漏的行星，是在“开普勒”退休几年后，2020年对“开普勒”拍摄的资料重新审查时偶然发现的。这颗距离我们约300光年的行星，大小是地球的1.06倍，而且是一颗岩石星球，理论计算正处于恒星的宜居带，被认为是迄今为止最像地球的一颗行星。
不过令人失望的是，由于其主星是一颗红矮星，质量很小，宜居带就距离主星很近，开普勒1649c公转周期只有19天，并不适宜生命存在。
“开普勒”还发现了开普勒90星系，这是位于天龙座距离我们2545光年的一个类太阳系，是迄今为止发现系外行星最多的恒星系统，和我们太阳系一样有8颗行星相伴。
“开普勒”发现的系外行星花样繁多，还有围绕着2颗恒星甚至4颗恒星运行的行星，有不少地球的大表哥、地球2.0等星球，这里就无法一一表述了。
茫茫宇宙，外星人在何方？发现在继续
这些年搜寻地外行星计划中，发现了不少大表哥、地球2.0等貌似地球的行星，那么这些行星上会有外星人吗？
其实“开普勒”也不知道，而且谁也不知道。因为虽然人类对系外行星观测不断进步，但真正“看得清”的一个也没有，那些所谓大表哥、地球2.0等等，都是瞎咋呼而已，与地球环形相差甚远。就像在地球上很难找到完全一样的两片树叶或两个指纹，在宇宙中也难以找到和地球完全一样的星球。
宇宙中可能存在地外生命和文明，或许还会存在与地球完全不一样的生命或文明，但迄今为止还没有任何证据，甚至没有发现这方面的任何蛛丝马迹。既然如此，作为严谨的科普文章，就不能随意揣测。
2018年，开普勒太空望远镜就由于燃料告罄而不得不光荣退役了，那么它的位置由谁来填补呢？是不是未来行星搜寻计划会被搁置呢？大家不必担心，NASA研制的新一代“行星猎手”早就应运而生了，它就是新一代的“凌日系外行星巡天卫星”，简称TESS，它早就于北京时间2018年4月19日顺利发射升空了，顶替了老一辈的“开普勒”，继续未尽的事业。
TESS的观测区域面积是“开普勒”的400倍，也就是可以进行全天搜寻。它把天空分为26个不同区域，每27天巡天一次，重点查看20万颗靠近地球最大最亮的恒星，科学家希望通过它至少发现20000颗系外行星，在其中找到更宜居的星球。
搜寻系外行星，一方面是为了发现地外生命或文明，另一方面也是为将来地球无法居住时，人类不得不移民外星寻找最宜居的地方。这是人类为了繁衍所进行的未雨绸缪，是一群具有高瞻远瞩眼光的科学家、实业家、政治家的伟大举措，作为人类的一员，我为有这样杰出的同类而欣慰。
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来源: 原创
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