开普勒又发现“超级地球”,它不早退役了么?为什么还能发现行星?

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开普勒又发现“超级地球”,它不早退役了吗?为什么还能发现行星?

2019年诺贝尔物理学奖被授予美国普林斯顿大学詹姆斯·皮布尔斯教授、瑞士日内瓦大学的米歇尔·麦耶教授以及迪迪埃·奎洛兹教授,他们共享900万瑞典克朗,折合人民币大约697万元的奖金。这三位教授的主要研究领域是天文和物理方面,詹姆斯·皮布尔斯是物理学家和理论宇宙学家,米歇尔·麦耶天体物理学家,迪迪埃·奎洛兹是天文学家。

1995年10月,米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹共同公布了他们的新发现,通过在普罗旺斯天文台的观测,这对师徒在太阳系外的飞马座51周围发现了第一颗行星,和太阳系八大行星一样正在绕着它自己的中心恒星公转,这是人类首次发现太阳系外绕恒星运动的行星,这颗行星和太阳系内的木星类似,都是一个巨大的气态行星,它被命名为51 Pegasi b。


首颗系外行星的发现是具备开创性意义的,它打开了人类的视角,这也是这两位科学家获得诺奖的真正原因。人类在地球上发展演化数百万年,虽然可能不时地仰望星空,但真正开始探索星空可以追溯至400年前,伽利略第一个把望远镜指向天空,而在上个世纪的五六十年代,美国和前苏联二战后进入冷战时期,在太空领域展开竞赛,人类才真正意义上探索星空,直到20世纪末才首次发现系外行星。

而在最近科学家通过重新检查开普勒探测器的历史数据,发现了一颗曾经被忽略掉的系外行星,它也是目前为止在体积上甚至是温度上都地球最为相似的系外行星了,科学家把它命名为为Kepler-1649c ,这颗系外行星在距离我们300光年之外的宇宙空间中,正在绕着一颗红矮星在公转,绕行一周的时间大约是19.5天。


开普勒探测器,也是人类的第一颗系外行星探测器

2009年3月7日,开普勒探测器在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空,在2018年10月30日,开普勒探测器燃料耗尽,NASA宣布任务结束。这颗探测器工作了大约九年半的时间,对53万个以上的恒星系统进行观测扫描,确认了2600颗系外行星,而那些目前无法确认的要更多。


开普勒探测器虽然目前已经退役了,但是它留下来的数据却是非常珍贵,例如科学家从开普勒探测器的历史观测数据中发现了一个和太阳系非常类似的恒星系,它就是Kepler-90,这个恒星系目前已知有八颗行星,和太阳系相同,这也是目前为止在一个恒星系中出现最多行星的。



这不此次的新发现实际上就是从开普勒的历史观测数据中找到的,它的体积和地球类似,直径仅仅比地球多出6%,而接收到其母星的辐射能差不多为地球所接收到的75%左右。因此从温度上可能要低于地球,这颗新发现的系外行星比较类似于金星。
Kepler-1649c 想象图,从这颗行星上看“日出”

系外行星如何发现?

很多小伙伴可能很好奇,在宇宙深空中动辄数百光年之外的行星是如何发现的,因为行星和恒星是有着本质区别的,恒星在自身的引力塌陷作用下,在内核处形成高温高压的环境,在这个环境下氢核发生聚变,这个过程中会损失质量,从而按照爱因斯的质能方程转化为能量以光的形式向外传播扩散。而一般行星就是一块大“岩石”或者是气态包裹着“大岩石”,它们自身无法发光,只能通过反射恒星的光才能被发现。


因此要想在遥远的宇宙空间中直接看见行星是非常困难的,尤其是距离过远的时候,甚至恒星都看不到。但是肉眼看不到,不意味着仪器接受不到电磁波。

凌日法发现系外行星,这个概念很好理解,恒星一直发光的话它的光变曲线就是一条直线,但是当行星从其表表面经过,探测器接收到的光度就会减小,或者说是光变曲线发生了变化,如果行星携带卫星,有的时候也能通过光变曲线被发现,目前为止80%以上的系外行星都是通过凌日法发现的。

发现系外行星有何意义?

在银河系内类似于太阳的恒星有2000多以亿颗,即使不是每颗恒星周围都有行星,但星星的数量也是不能小觑的。人类期望寻找到一颗有价值的系外行星,处在主星的宜居带上温度适宜有稳定液态水,并且距离还不能太远,这样未来如果地球上过不去了,人类还可以进行星际航行去移民。


而这次发现新的系外行星,就是处在其母星的宜居带上,体积和地球比较类似,但唯一不足它的母星是一颗红矮星,这可能直接就被淘汰掉了。红矮星质量小热辐射能力差,它的宜居带距离自身比较近,因此一般来讲即使处在宜居带内,也很难有稳定的液态水存在,并且红矮星不稳定,稍有波动附近行星就像是被洗礼一样,大气层会逐渐的被恒星风所剥离。


最典型的例子就是距离我们最近的恒星比邻星,它就是一颗红矮星,在它周围科学家已经发现了比邻星b的存在,同时比邻星b也是处在宜居带内,但科学家并不认为这样的行星可以诞生生命,发展出智慧文明。

但科学家对于系外行星探索的任务还是非常痴迷的,这其实也是在变相的寻找地外生命或者说是寻找新的家园。每当你夜晚来临,抬头仰望星空,会看到点点繁星,也许在某颗星星周围就有行星存在,而在某颗系外行星上就诞生了生命,而这些生命也恰巧在仰望星空,在满天星辰中可能就有一颗是我们的太阳,这种感觉很奇妙。





科学黑洞


开普勒又发现“超级地球”,它不早退役了么?为什么还能发现行星?

退役已经一年半多的开普太空望远镜发现一颗与地球条件非常相似的行星“开普勒-1649c”,距离太阳系约300光年,围绕一颗红矮星运行,它的一年只有19.5天,但刚好稳稳的落在母星的宜居带内!

这颗行星条件如何?是怎么被找到的?

根据发表在《天体物理学杂志快报》上论文显示,在质量大约为太阳的0.2倍Kepler-1649这颗红矮星周围存在一颗地球大小的行星,这颗Kepler-1649c的大小约为地球的1.06倍,获得的光照大约是地球的74%左右,使得它的平均温度约为:234±20 K(约-39.15°C)!

这个温度有点冷,不过火星的平均温度只有218K(-55.15°C),但各位要知道的是,火星赤道附近的温度约为15-20°C,所以从理论上看,这颗300光年外的Kepler-1649c,其实条件还不错!而它几乎和地球一致的温度,使得它获得了第二个地球的称号!

  • 它可能存在生命吗?

准确的说,暂时还只能确定Kepler-1649c位于母星的宜居带内,但这颗行星的大气条件和行星表面等状况一无所知,根据对宜居带的了解,这个距离内的行星表面如果有液态水的话,大概处在地球冰河时期的状态,也就是说从中高纬度开始到两极大量的水封冻,只有低纬度和赤道地区才会有液态水存在!

火星北极冰盖

因此从理论上看它仍然可以居住,不过根据对天文学家对这类只有0.2倍太阳质量的恒星的了解,可能恒星的活动非常剧烈,这导致行星大气可能会被逐渐剥离,只剩下一个光秃秃的行星和非常稀薄的大气层,有点像当前太阳系中的火星,当然两极封冻的冰盖仍将保留!

或正称它为300光年外的超级火星其实还真名副其实!

  • 开普勒望远镜是怎么找到这颗行星的?

无论多大的望远镜看恒星都是一个没有直径的光点,所以根本不可能看到这些恒星上是否有行星,但天文学家依然有办法,一般搜索系外行星方法有两个:

凌星法

凌星法:这个方法很直观,就是行星经过恒星时亮度会周期性下降,所以就可以知道这个恒星系存在行星了,但这种方法有一个缺点,只有行星的公转盘面对着地球时我们才能看到,如果有个角度就不能了!不过还有一个办法:

多普勒法

多普勒法是利用行星远离恒星和靠近恒星时的多普勒频移原理来发现行星,但这种方法不适合巡天,只适合特定恒星的持续观测,否则难以发现这种微弱的频移,非常容易被忽略!

开普勒望远镜早已退役,为什么还能发现系外行星,拉撒路计划复活了它?

开普勒太空望远镜是2009年3月6日发射的,它工作在尾随地球的环太阳轨道上,远离地球,不会被遮挡和地球的漫反射光线影响,但开普勒望远镜一直都不太顺利,2013年5月15日动量轮故障,使得开普勒望远镜无法转向,但NASA用了巧妙的方法使得它可以继续完成一些额外的工作,这就是K2计划,因为它设计寿命只有3.5年!

延寿后的开普勒望远镜专职系外行星搜索公众,在它2018年10月份终止通讯之前,它取得的大量观测资料,预计这些资料可供科学家研究到2022年以后,因此当前的开普勒望远镜研究成果出现,并不是开普勒望远镜诈尸了,而是它的遗产!

开普勒望远镜观察的天区

拉撒路计划

拉撒路是圣经中一个复活的人物,后来被称为死而复生计划的代名词,比如1930年代,美国加州大学研究员罗伯特·考尼什进行过一项死亡有机生物的复活实验,当然最著名的“拉撒路计划”是好莱坞大片《星际穿越》中将全人类移民外太空的计划!

地球上莫名其妙的枯萎病导致农作物都死亡,人类在无法生存,因此制定了一个将全人类移民的计划,当然个中曲折离奇的故事就不赘述了,各位有兴趣可以去看看《星际穿越》!


星辰大海路上的种花家


开普勒-1638b、开普勒-1649c、开普勒1652b是开普勒发现的最晚的三个宜居行星。其实这并不是退役后还工作,这是开普勒退役之前发现的行星,更晚公布。开普勒-1661b是已知开普勒望远镜发现的最后一个行星,于2020年3月12日公布。现在工作的是开普勒第二代望远镜(K2),也已经发现了几百个行星了,编号EPIC。


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