银河系中行星多于恒星：开普勒的遗产

四鬼丫头在

（）据美国宇航局（詹姆斯·安德森）：开普勒任务发现了数千颗系外行星，揭示了我们在宇宙中的地位：银河系中行星比恒星多。然而，要实现我们对宇宙理解的这一根本性变化，需要近20年的坚持，2001年该任务才得以实现。



科罗拉多州博尔德市鲍尔航空航天技术公司的开普勒飞船。开普勒任务调查了银河系的一个区域，发现了第一颗地球大小的系外行星，并确定我们银河系中的行星比恒星还多。图像：NASA/JPL加州理工学院/Ball

1983年首次提出开普勒任务概念时，天文学家曾假设，但仍未证实系外行星的存在。直到20世纪90年代，我们才首次确认在太阳系外围绕恒星运行的行星，其中大多数是围绕主星运行的气态巨星，与我们从太阳系中了解到的情况完全不同。

2009年开普勒发射时，发现的系外行星不到400颗。如今，已经确认的系外行星有5500多颗，其中一半以上是根据开普勒的数据发现的。这些已确认的系外行星中，有许多位于其恒星的所谓“宜居带”，这使它们成为未来观测的主要候选者，以揭示更多宇宙奥秘，包括生命的潜力。

开普勒任务旨在解决“其他世界有多普遍？”和“我们的太阳系有多独特？”这两个问题。即使开普勒发现了相反的情况——系外行星很罕见——开普勒仍然是一项历史性任务，因为它所解决的问题在科学上意义深远。



这张照片显示了开普勒望远镜的“第一道光”——天鹅座和天琴座中一片广阔的恒星丰富的天空的全视场，延伸了100平方度。42个单独的矩形是由于具有总共9500万像素的电荷耦合器件（CCD）。图像：NASA/J.Jenkins

从1992年开始，特派团建议的早期版本已被四次否决。当时，这项任务被称为地球大小的内部行星序列（FRESIP）。在1994年第二次被拒绝后，团队成员David Koch、Jill Tarter和Carl Sagan建议将FRESIP更名为开普勒。

在1996年提交之前，对1994年提案进行的技术更改之一包括将轨道从拉格朗日L2点更改为日心轨道。这使开普勒能够使用反作用轮来指向航天器，从而降低了推进器的燃料消耗并节省了成本。

这还不足以说服美国国家航空航天局。为了解决对拟议特派团的关切，随后举行了两次大规模示威，分别是在1996年和1998年遭到拒绝之后举行的。这些演示降低了让一些评审人员暂停的风险，并为开普勒团队提供了改进操作的机会。



2007年2月，开普勒团队成员Jeff Van Cleve在埃姆斯研究中心的精密测光实验室。他身后的仪器是开普勒试验台设施，这是一个系统模型，提供了开普勒能力的关键演示。图像：NASA/Ames

第一次演示表明，对数千颗恒星进行连续、自动的监测是可能的。为了进行演示，在加利福尼亚州的Lick天文台安装了一种名为Vulcan光度计的仪器，该仪器通过无线电将数据发送给位于加利福尼亚硅谷的美国国家航空航天局艾姆斯研究中心进行自动分析。第二次演示（1998年被拒绝后）是开普勒试验台设施的建设。

试验台证明，现有的电荷耦合器件（CCD）技术与消费级数码相机没有什么不同，可以在整个系统中预期的各种噪音中，从振动到图像运动再到宇宙射线撞击，达到探测地球大小行星所需的精度。埃姆斯的开普勒团队建造了一个复杂的模拟天空，多年提案和任务本身的行业合作伙伴Ball Aerospace为演示建造了数字模拟器。埃姆斯实验室的试验台现在在史密森尼国家航空航天博物馆展出。



开普勒焦平面的42个CCD大约有一平方英尺大小。焦平面的角落里有四个精细制导模块，与用于科学的42个CCD相比，这些CCD要小得多。这些较小的CCD被用来跟踪开普勒的位置，并将信息传递给其制导系统，以保持航天器的准确指向。图像：美国国家航空航天局/开普勒任务

这些演示最终打消了人们的疑虑。2001年，开普勒的首席研究员William Borucki与埃姆斯空间科学部理论和行星研究处的同事Audrey Summers写了一篇论文，考虑使用天基光度计探测地球大小的行星，17年多后，开普勒被选中。

从选择到2009年3月6日发射的八年时间里，该任务应对了许多挑战和变化，这些挑战和变化在很大程度上超出了团队的控制范围，例如美国国家航空航天局制定了一项政策，要求位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心或位于南加州的喷气推进实验室管理行星任务，会计要求的变化以及发射成本的增加。开普勒的这些故事在美国国家航空航天局历史办公室的最新著作《NASA的发现计划：竞争性行星探索的前二十年》中有详细的讲述。