2009年3月7日
开普勒太空望远镜计划

这是一项野心勃勃的计划，以下简称开普勒计划，它的目标深远、任务艰巨、受挫严重、成果也惊人。这项计划的目光远超太阳系外，直接瞄准银河系内的10万颗天体，目标是类太阳系和类地行星，寻找地外文明，为人类长远发展寻找适合的居住地。图1为开普勒天空望远镜。

图1

2009年3月7日这一天，开普勒太空望远镜发射成功，成为世界上首台用于观测太阳系外类地行星的飞行器。原计划在3～5年的时间内，它对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系统展开观测，以寻找类地行星和地外文明的迹象。它携带有口径95厘米的望远镜，当有行星经过恒星时，通过行星在恒星上留下的阴影，即凌日现象，探寻行星的踪迹。图2就是利用凌日现象测量行星的大小（参见本书4月21日“2015年系外行星探索”）。

图2

开普勒望远镜并不环绕地球，而是在太阳的公转轨道上运转。这样做有若干好处：能防止地球阴影的长期遮挡，免受来自地面漫反射光的干扰；避免地球重力场的摄动影响，为仪器提供一个稳定的观测平台；以太阳为中心，就能跟随太阳环绕银河系中心旋转，使开普勒对恒星观测的距离与太阳到这颗恒星的距离相当，使采集到的数据更为简单、实用。

由于目标深远，开普勒计划的任务非常繁重。它要通过光谱测定的数据，分析恒星的光谱类型、质量、周期、年龄特征以及恒星周围行星的数量、大小、分布和这些行星与恒星的距离，再根据开普勒定律，通过上述数据计算出行星的运行周期及长短半轴等。这些庞大的数据与繁杂的计算，对确定行星是否处于适宜居住带具有非常重要的意义。

开普勒果然不负众望，升空后不久就获得多个重要的发现：如发现了首颗系外行星，首颗直径最小、质量也最小的系外行星，首个6行星的类太阳系系统，首个环绕两个“太阳”运行的行星，更重要的是发现了位于适宜居住带内的首颗行星等。

然而开普勒的不少成果是“带病”获得的。它的支座有4个反应轮，用于支撑望远镜的平衡，并保持其观测方向永远指向天琴座和天鹅座。但是到了2012年，其中一个反应轮出现故障，在剩下的3个反应轮的维持下，它“带病”继续采集数据。根据所观测到的数据判断，在银河系中，可能存在多达400亿个类地大小并处在适宜居住带的行星，它们分别围绕着类太阳或红矮星运动，其中，有110亿个估计可能围绕类太阳恒星旋转，其中最近的一颗行星距地球有12光年的距离。图3是模拟图，显示有两颗行星位于适宜居住带，其中的亮星是它们的母星红矮星，这两颗行星表面上估计都有水存在。

图3

到了2013年5月，开普勒又有一个反应轮损坏，数据收集工作停止，以后几次救治都宣告失败，只得在8月份宣布开普勒已经无法修复。在开普勒无法修复的情况下，美国宇航局并没有最后放弃，经过反复研究，提出了第二套方案，即K2计划。根据这项计划，开普勒可以借助太阳光粒子的压力补偿失去的反应轮，保持观测方向的稳定。这就要求开普勒必须在地球绕太阳公转的轨道平面，即黄道面上运行。在这个限制下，开普勒不能全年工作，每年任务期只有75天左右。开普勒身带重病，任务仍非常繁重，除了搜寻系外行星，还要执行新的观测任务，如观测星团、超新星、活跃星系以及各类恒星等，按照这个新计划，借助太阳光的光压，开普勒重获新生。

迄今为止，开普勒已经发现了3800多颗类地行星的候选者，确认了960多颗系外行星，约占迄今确认系外行星的一半。2014年4月，开普勒发现了第一颗与地球体积相似、位于适宜居住带内的行星，人们又叫它地球的“堂兄弟”——开普勒-186f，图4是开普勒-186f上情景的模拟图。这颗行星比地球略大10%，环绕一颗比太阳小的红矮星旋转，公转周期是130天，它从这颗母星上获得的能量相当于地球从太阳获得能量的三分之一，因此表面温度较低，但有可能存在生命迹象（参见本书4月17日“2014年地球的‘表兄弟’——‘开普勒186f’”）。

图4

关键词：开普勒计划，开普勒-186f，the Kepler mission，Kepler-186 f

图1、图2：http://en.wikipedia.org/wiki/Kepler_(spacecraft)

图3：http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2010/10-73AR.html

图4：http://www.viewfromascope.com/first-earth-sized-planet-found-in-habitable-zone-kepler-186f/