開普勒又發現“超級地球”,它不早退役了麼?為什麼還能發現行星?

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開普勒又發現“超級地球”,它不早退役了嗎?為什麼還能發現行星?

2019年諾貝爾物理學獎被授予美國普林斯頓大學詹姆斯·皮布爾斯教授、瑞士日內瓦大學的米歇爾·麥耶教授以及迪迪埃·奎洛茲教授,他們共享900萬瑞典克朗,摺合人民幣大約697萬元的獎金。這三位教授的主要研究領域是天文和物理方面,詹姆斯·皮布爾斯是物理學家和理論宇宙學家,米歇爾·麥耶天體物理學家,迪迪埃·奎洛茲是天文學家。

1995年10月,米歇爾·麥耶和迪迪埃·奎洛茲共同公佈了他們的新發現,通過在普羅旺斯天文臺的觀測,這對師徒在太陽系外的飛馬座51周圍發現了第一顆行星,和太陽系八大行星一樣正在繞著它自己的中心恆星公轉,這是人類首次發現太陽系外繞恆星運動的行星,這顆行星和太陽系內的木星類似,都是一個巨大的氣態行星,它被命名為51 Pegasi b。


首顆系外行星的發現是具備開創性意義的,它打開了人類的視角,這也是這兩位科學家獲得諾獎的真正原因。人類在地球上發展演化數百萬年,雖然可能不時地仰望星空,但真正開始探索星空可以追溯至400年前,伽利略第一個把望遠鏡指向天空,而在上個世紀的五六十年代,美國和前蘇聯二戰後進入冷戰時期,在太空領域展開競賽,人類才真正意義上探索星空,直到20世紀末才首次發現系外行星。

而在最近科學家通過重新檢查開普勒探測器的歷史數據,發現了一顆曾經被忽略掉的系外行星,它也是目前為止在體積上甚至是溫度上都地球最為相似的系外行星了,科學家把它命名為為Kepler-1649c ,這顆系外行星在距離我們300光年之外的宇宙空間中,正在繞著一顆紅矮星在公轉,繞行一週的時間大約是19.5天。


開普勒探測器,也是人類的第一顆系外行星探測器

2009年3月7日,開普勒探測器在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地成功發射升空,在2018年10月30日,開普勒探測器燃料耗盡,NASA宣佈任務結束。這顆探測器工作了大約九年半的時間,對53萬個以上的恆星系統進行觀測掃描,確認了2600顆系外行星,而那些目前無法確認的要更多。


開普勒探測器雖然目前已經退役了,但是它留下來的數據卻是非常珍貴,例如科學家從開普勒探測器的歷史觀測數據中發現了一個和太陽系非常類似的恆星系,它就是Kepler-90,這個恆星系目前已知有八顆行星,和太陽系相同,這也是目前為止在一個恆星系中出現最多行星的。



這不此次的新發現實際上就是從開普勒的歷史觀測數據中找到的,它的體積和地球類似,直徑僅僅比地球多出6%,而接收到其母星的輻射能差不多為地球所接收到的75%左右。因此從溫度上可能要低於地球,這顆新發現的系外行星比較類似於金星。
Kepler-1649c 想象圖,從這顆行星上看“日出”

系外行星如何發現?

很多小夥伴可能很好奇,在宇宙深空中動輒數百光年之外的行星是如何發現的,因為行星和恆星是有著本質區別的,恆星在自身的引力塌陷作用下,在內核處形成高溫高壓的環境,在這個環境下氫核發生聚變,這個過程中會損失質量,從而按照愛因斯的質能方程轉化為能量以光的形式向外傳播擴散。而一般行星就是一塊大“岩石”或者是氣態包裹著“大岩石”,它們自身無法發光,只能通過反射恆星的光才能被發現。


因此要想在遙遠的宇宙空間中直接看見行星是非常困難的,尤其是距離過遠的時候,甚至恆星都看不到。但是肉眼看不到,不意味著儀器接受不到電磁波。

凌日法發現系外行星,這個概念很好理解,恆星一直髮光的話它的光變曲線就是一條直線,但是當行星從其表表面經過,探測器接收到的光度就會減小,或者說是光變曲線發生了變化,如果行星攜帶衛星,有的時候也能通過光變曲線被發現,目前為止80%以上的系外行星都是通過凌日法發現的。

發現系外行星有何意義?

在銀河系內類似於太陽的恆星有2000多以億顆,即使不是每顆恆星周圍都有行星,但星星的數量也是不能小覷的。人類期望尋找到一顆有價值的系外行星,處在主星的宜居帶上溫度適宜有穩定液態水,並且距離還不能太遠,這樣未來如果地球上過不去了,人類還可以進行星際航行去移民。


而這次發現新的系外行星,就是處在其母星的宜居帶上,體積和地球比較類似,但唯一不足它的母星是一顆紅矮星,這可能直接就被淘汰掉了。紅矮星質量小熱輻射能力差,它的宜居帶距離自身比較近,因此一般來講即使處在宜居帶內,也很難有穩定的液態水存在,並且紅矮星不穩定,稍有波動附近行星就像是被洗禮一樣,大氣層會逐漸的被恆星風所剝離。


最典型的例子就是距離我們最近的恆星比鄰星,它就是一顆紅矮星,在它周圍科學家已經發現了比鄰星b的存在,同時比鄰星b也是處在宜居帶內,但科學家並不認為這樣的行星可以誕生生命,發展出智慧文明。

但科學家對於系外行星探索的任務還是非常痴迷的,這其實也是在變相的尋找地外生命或者說是尋找新的家園。每當你夜晚來臨,抬頭仰望星空,會看到點點繁星,也許在某顆星星周圍就有行星存在,而在某顆系外行星上就誕生了生命,而這些生命也恰巧在仰望星空,在滿天星辰中可能就有一顆是我們的太陽,這種感覺很奇妙。





科學黑洞


開普勒又發現“超級地球”,它不早退役了麼?為什麼還能發現行星?

退役已經一年半多的開普太空望遠鏡發現一顆與地球條件非常相似的行星“開普勒-1649c”,距離太陽系約300光年,圍繞一顆紅矮星運行,它的一年只有19.5天,但剛好穩穩的落在母星的宜居帶內!

這顆行星條件如何?是怎麼被找到的?

根據發表在《天體物理學雜誌快報》上論文顯示,在質量大約為太陽的0.2倍Kepler-1649這顆紅矮星周圍存在一顆地球大小的行星,這顆Kepler-1649c的大小約為地球的1.06倍,獲得的光照大約是地球的74%左右,使得它的平均溫度約為:234±20 K(約-39.15°C)!

這個溫度有點冷,不過火星的平均溫度只有218K(-55.15°C),但各位要知道的是,火星赤道附近的溫度約為15-20°C,所以從理論上看,這顆300光年外的Kepler-1649c,其實條件還不錯!而它幾乎和地球一致的溫度,使得它獲得了第二個地球的稱號!

  • 它可能存在生命嗎?

準確的說,暫時還只能確定Kepler-1649c位於母星的宜居帶內,但這顆行星的大氣條件和行星表面等狀況一無所知,根據對宜居帶的瞭解,這個距離內的行星表面如果有液態水的話,大概處在地球冰河時期的狀態,也就是說從中高緯度開始到兩極大量的水封凍,只有低緯度和赤道地區才會有液態水存在!

火星北極冰蓋

因此從理論上看它仍然可以居住,不過根據對天文學家對這類只有0.2倍太陽質量的恆星的瞭解,可能恆星的活動非常劇烈,這導致行星大氣可能會被逐漸剝離,只剩下一個光禿禿的行星和非常稀薄的大氣層,有點像當前太陽系中的火星,當然兩極封凍的冰蓋仍將保留!

或正稱它為300光年外的超級火星其實還真名副其實!

  • 開普勒望遠鏡是怎麼找到這顆行星的?

無論多大的望遠鏡看恆星都是一個沒有直徑的光點,所以根本不可能看到這些恆星上是否有行星,但天文學家依然有辦法,一般搜索系外行星方法有兩個:

凌星法

凌星法:這個方法很直觀,就是行星經過恆星時亮度會週期性下降,所以就可以知道這個恆星系存在行星了,但這種方法有一個缺點,只有行星的公轉盤面對著地球時我們才能看到,如果有個角度就不能了!不過還有一個辦法:

多普勒法

多普勒法是利用行星遠離恆星和靠近恆星時的多普勒頻移原理來發現行星,但這種方法不適合巡天,只適合特定恆星的持續觀測,否則難以發現這種微弱的頻移,非常容易被忽略!

開普勒望遠鏡早已退役,為什麼還能發現系外行星,拉撒路計劃復活了它?

開普勒太空望遠鏡是2009年3月6日發射的,它工作在尾隨地球的環太陽軌道上,遠離地球,不會被遮擋和地球的漫反射光線影響,但開普勒望遠鏡一直都不太順利,2013年5月15日動量輪故障,使得開普勒望遠鏡無法轉向,但NASA用了巧妙的方法使得它可以繼續完成一些額外的工作,這就是K2計劃,因為它設計壽命只有3.5年!

延壽後的開普勒望遠鏡專職系外行星搜索公眾,在它2018年10月份終止通訊之前,它取得的大量觀測資料,預計這些資料可供科學家研究到2022年以後,因此當前的開普勒望遠鏡研究成果出現,並不是開普勒望遠鏡詐屍了,而是它的遺產!

開普勒望遠鏡觀察的天區

拉撒路計劃

拉撒路是聖經中一個復活的人物,後來被稱為死而復生計劃的代名詞,比如1930年代,美國加州大學研究員羅伯特·考尼什進行過一項死亡有機生物的復活實驗,當然最著名的“拉撒路計劃”是好萊塢大片《星際穿越》中將全人類移民外太空的計劃!

地球上莫名其妙的枯萎病導致農作物都死亡,人類在無法生存,因此制定了一個將全人類移民的計劃,當然箇中曲折離奇的故事就不贅述了,各位有興趣可以去看看《星際穿越》!


星辰大海路上的種花家


開普勒-1638b、開普勒-1649c、開普勒1652b是開普勒發現的最晚的三個宜居行星。其實這並不是退役後還工作,這是開普勒退役之前發現的行星,更晚公佈。開普勒-1661b是已知開普勒望遠鏡發現的最後一個行星,於2020年3月12日公佈。現在工作的是開普勒第二代望遠鏡(K2),也已經發現了幾百個行星了,編號EPIC。


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