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銀河系中行星多于恒星：開普勒的遺產(chǎn)

發(fā)表于 2025-12-08 04:52:53 來源：桑間濮上網(wǎng)

（神秘的銀河遺產(chǎn)地球uux.cn）據(jù)美國宇航局（詹姆斯·安德森）：開普勒任務(wù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星，揭示了我們在宇宙中的系中行星地位：銀河系中行星比恒星多。然而，多于要實(shí)現(xiàn)我們對宇宙理解的恒星這一根本性變化，需要近20年的開普堅(jiān)持，2001年該任務(wù)才得以實(shí)現(xiàn)。銀河遺產(chǎn)
銀河系中行星多于恒星：開普勒的系中行星遺產(chǎn)

科羅拉多州博爾德市鮑爾航空航天技術(shù)公司的開普勒飛船。開普勒任務(wù)調(diào)查了銀河系的多于一個(gè)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了第一顆地球大小的恒星系外行星，并確定我們銀河系中的開普行星比恒星還多。圖像：uux.cn/NASA/JPL加州理工學(xué)院/Ball
1983年首次提出開普勒任務(wù)概念時(shí)，銀河遺產(chǎn)天文學(xué)家曾假設(shè)，系中行星但仍未證實(shí)系外行星的多于存在。直到20世紀(jì)90年代，恒星我們才首次確認(rèn)在太陽系外圍繞恒星運(yùn)行的開普行星，其中大多數(shù)是圍繞主星運(yùn)行的氣態(tài)巨星，與我們從太陽系中了解到的情況完全不同。
2009年開普勒發(fā)射時(shí)，發(fā)現(xiàn)的系外行星不到400顆。如今，已經(jīng)確認(rèn)的系外行星有5500多顆，其中一半以上是根據(jù)開普勒的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的。這些已確認(rèn)的系外行星中，有許多位于其恒星的所謂“宜居帶”，這使它們成為未來觀測的主要候選者，以揭示更多宇宙奧秘，包括生命的潛力。
開普勒任務(wù)旨在解決“其他世界有多普遍？”和“我們的太陽系有多獨(dú)特？”這兩個(gè)問題。即使開普勒發(fā)現(xiàn)了相反的情況——系外行星很罕見——開普勒仍然是一項(xiàng)歷史性任務(wù)，因?yàn)樗鉀Q的問題在科學(xué)上意義深遠(yuǎn)。
銀河系中行星多于恒星：開普勒的遺產(chǎn)

這張照片顯示了開普勒望遠(yuǎn)鏡的“第一道光”——天鵝座和天琴座中一片廣闊的恒星豐富的天空的全視場，延伸了100平方度。42個(gè)單獨(dú)的矩形是由于具有總共9500萬像素的電荷耦合器件（CCD）。圖像：uux.cn/NASA/J.Jenkins
從1992年開始，特派團(tuán)建議的早期版本已被四次否決。當(dāng)時(shí)，這項(xiàng)任務(wù)被稱為地球大小的內(nèi)部行星序列（FRESIP）。在1994年第二次被拒絕后，團(tuán)隊(duì)成員David Koch、Jill Tarter和Carl Sagan建議將FRESIP更名為開普勒。
在1996年提交之前，對1994年提案進(jìn)行的技術(shù)更改之一包括將軌道從拉格朗日L2點(diǎn)更改為日心軌道。這使開普勒能夠使用反作用輪來指向航天器，從而降低了推進(jìn)器的燃料消耗并節(jié)省了成本。
這還不足以說服美國國家航空航天局。為了解決對擬議特派團(tuán)的關(guān)切，隨后舉行了兩次大規(guī)模示威，分別是在1996年和1998年遭到拒絕之后舉行的。這些演示降低了讓一些評審人員暫停的風(fēng)險(xiǎn)，并為開普勒團(tuán)隊(duì)提供了改進(jìn)操作的機(jī)會(huì)。
銀河系中行星多于恒星：開普勒的遺產(chǎn)

2007年2月，開普勒團(tuán)隊(duì)成員Jeff Van Cleve在埃姆斯研究中心的精密測光實(shí)驗(yàn)室。他身后的儀器是開普勒試驗(yàn)臺設(shè)施，這是一個(gè)系統(tǒng)模型，提供了開普勒能力的關(guān)鍵演示。圖像：uux.cn/NASA/Ames
第一次演示表明，對數(shù)千顆恒星進(jìn)行連續(xù)、自動(dòng)的監(jiān)測是可能的。為了進(jìn)行演示，在加利福尼亞州的Lick天文臺安裝了一種名為Vulcan光度計(jì)的儀器，該儀器通過無線電將數(shù)據(jù)發(fā)送給位于加利福尼亞硅谷的美國國家航空航天局艾姆斯研究中心進(jìn)行自動(dòng)分析。第二次演示（1998年被拒絕后）是開普勒試驗(yàn)臺設(shè)施的建設(shè)。
試驗(yàn)臺證明，現(xiàn)有的電荷耦合器件（CCD）技術(shù)與消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)沒有什么不同，可以在整個(gè)系統(tǒng)中預(yù)期的各種噪音中，從振動(dòng)到圖像運(yùn)動(dòng)再到宇宙射線撞擊，達(dá)到探測地球大小行星所需的精度。埃姆斯的開普勒團(tuán)隊(duì)建造了一個(gè)復(fù)雜的模擬天空，多年提案和任務(wù)本身的行業(yè)合作伙伴Ball Aerospace為演示建造了數(shù)字模擬器。埃姆斯實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)臺現(xiàn)在在史密森尼國家航空航天博物館展出。
銀河系中行星多于恒星：開普勒的遺產(chǎn)

開普勒焦平面的42個(gè)CCD大約有一平方英尺大小。焦平面的角落里有四個(gè)精細(xì)制導(dǎo)模塊，與用于科學(xué)的42個(gè)CCD相比，這些CCD要小得多。這些較小的CCD被用來跟蹤開普勒的位置，并將信息傳遞給其制導(dǎo)系統(tǒng)，以保持航天器的準(zhǔn)確指向。圖像：uux.cn/美國國家航空航天局/開普勒任務(wù)
這些演示最終打消了人們的疑慮。2001年，開普勒的首席研究員William Borucki與埃姆斯空間科學(xué)部理論和行星研究處的同事Audrey Summers寫了一篇論文，考慮使用天基光度計(jì)探測地球大小的行星，17年多后，開普勒被選中。
從選擇到2009年3月6日發(fā)射的八年時(shí)間里，該任務(wù)應(yīng)對了許多挑戰(zhàn)和變化，這些挑戰(zhàn)和變化在很大程度上超出了團(tuán)隊(duì)的控制范圍，例如美國國家航空航天局制定了一項(xiàng)政策，要求位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心或位于南加州的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理行星任務(wù)，會(huì)計(jì)要求的變化以及發(fā)射成本的增加。開普勒的這些故事在美國國家航空航天局歷史辦公室的最新著作《NASA的發(fā)現(xiàn)計(jì)劃：競爭性行星探索的前二十年》中有詳細(xì)的講述。

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