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20171031-SMG0035-快訊小紅條兒

永別了!觀測萬顆恆星、為地球找到5500個「兄弟姊妹」傳奇太空望遠鏡「克卜勒」燃料耗盡,正式除役

克卜勒太空望遠鏡退役。(取自NASA網站)

克卜勒太空望遠鏡退役。(取自NASA網站)

2009年3月6日,克卜勒太空望遠鏡於美國佛羅里達州卡納維爾角空軍基地升空。在尾隨地球的太陽軌道上,克卜勒太空望遠鏡往天鵝座與天琴座方向觀測銀河盤面上的15萬顆恆星,尋找太陽系外的類地行星。翱翔於太空的9年之間,克卜勒追蹤了星體繞行恆星期間的陰影變化,協助人類確認超過2600顆系外行星的存在,目前尚有2899顆候選行星待確認。換言之,克卜勒可能已為地球找到5500個「兄弟姊妹」。

但如此強大的「行星獵人」(planet hunter)也必須面對燃料耗盡的現實,美國國家航空暨太空總署(NASA)10月30日宣布勞苦功高的克卜勒正式退役,在未來兩周內NASA將向克卜勒傳達最終指令──觸發12道程序,關閉航天器的故障保護裝置、發射機,然後陷入永久的睡眠。

此後克卜勒仍會漂浮在其向來運行的隨地太陽軌道上,沒有任何外力干擾的情況下,直到太陽壽命將至、演變為體積龐大的紅矮星,不斷向外膨脹、吞沒太陽系內部的星體,它才會消失於宇宙中。


NASA介紹克卜勒太空望遠鏡。

證明銀河系行星數量多於恆星

克卜勒10月底功成身退之前,向NASA傳輸了最後的探測資料,也許那之中還隱含了宇宙中尚未被發現的奧秘。多位負責克卜勒任務(Kepler Mission)的NASA埃姆斯研究中心(Ames Research Centre)科學家出席上月30日的NASA記者會,紀念克卜勒帶來的卓越貢獻。科學家多特森(Jessie Dotson)如此評價克卜勒:「它總是達成我們要求的任務,有時候它甚至超乎我們的期待。克卜勒的發現讓我特別喜愛的一點是,它超乎我們貧乏的想像力。」

10年之前,人類以為太陽系是宇宙中難得宜居且存在生命之處,但是克卜勒太空望遠鏡(Kepler space telescope)打開人類的眼界,並得知了原來銀河系行星的數量遠超於恆星,過去科學家的假設和想像被完全推翻,重新塑造人類對於宇宙歷史與結構的理解。埃姆斯研究中心研究員索貝克(Charlie Sobeck)表示:「克卜勒告訴我,那裡有各式各樣的行星,真實的知識與我內心的想法是多麼地不同。」

2009年克卜勒太空望遠鏡發射升空。(取自NASA網站)
2009年克卜勒太空望遠鏡發射升空。(取自NASA網站)

銀河內有各式各樣的行星,包含宜居星球

太陽系外行星如此難找,主要是因為自身並不發光,掩藏在恆星光輝中,很難被準確觀測。天文學家主要倚賴「凌日光度法」(transit photometry),其原理是行星穿過母恆星時,母恆星的亮度會基於兩者的相對大小而微弱變暗,地球大小的行星「凌過」太陽大小的母恆星時,母恆星變暗程度僅約0.008%,因此探測設備需要「火眼金睛」才能看得清楚。

初期策畫克卜勒任務的前NASA資深研究員博魯基(Bill Borucki),十幾年前不斷向NASA高層提案,要發射一個能夠穩定觀測恆星亮度變化的望遠鏡,用以發現宇宙間的類地行星。當時NASA內部很大的反對聲浪認為,這項假設不一定會成功,博魯基不斷斡旋、修改提案,耗費將近10年才讓克卜勒順利升空。他回憶克卜勒傳回第一張太空影像時的畫面,整個視野都是閃亮亮的銀河,他表示:「數以萬計的星星,親眼見到仍覺得不可思議。」

克卜勒太空望遠鏡(取自NASA網站)
克卜勒太空望遠鏡傳回地球的第一張照片。(取自NASA網站)

在克卜勒太空望遠鏡執行初期任務之際,天文學家統計了它傳送回地球的資料並歸納出──銀河系內的每顆恆星都至少有一顆行星環繞運行,這代表最多有4000億顆系外行星,且其中幾顆擁有岩石構造、與恆星的距離適當,能吸收足夠的熱量,也有足以蘊含液態水的條件,亦即生命宜居的候選行星。

例如位於天鵝座(Cygnus)、距離地球約1400光年的「Kepler-452b」,它體積近似地球、環繞恆星近似太陽、處於「適居帶」(habitable zone)、因此很有機會孕育生命,天文學家形容它為「地球的大表哥(或大表姊)」(Bigger, Older Cousin to Earth)

克卜勒太空望遠竟發現的「kepler186f」類地行星。(取自NASA官網)
克卜勒太空望遠鏡發現的「kepler186f」類地行星。(取自NASA官網)

行星系統具有多樣性

克卜勒順利服役4年後迎來第一個太空劫難,2013年5月它的2個反應輪出現故障,失去平衡的航天器無法瞄準欲觀測的銀河方向,所幸NASA研究員想到利用太陽光的壓力來平衡望遠鏡,成功延長克卜勒望遠鏡的任務長度。

克卜勒也因此得以觀察到更多不同型態的行星系統。2015年,天文學家透過克卜勒望遠鏡傳輸的資料,發現了112億年前形成的行星系統「克卜勒-444」(Kepler-444),由5顆小型類地行星環繞一顆恆星,比46億年前形成的太陽系還要古老許多。博魯基表示,「克卜勒-444」是他最喜歡的發現之一,「如果在地球形成前,就有生命已經發展了好幾十億年的時間,那麼宇宙中可能存在非常有趣的生命體。」

克卜勒太空望遠鏡退役。(取自NASA網站)
克卜勒太空望遠鏡退役。(取自NASA網站)

「黛絲」接替「克卜勒」踏上探索征途

NASA早在今年開春就察覺克卜勒望遠鏡的燃料所剩無幾,並於4月發射了代替它的太陽系外行星探測器──「凌日太陽系外行星勘測衛星」(Transiting Exoplanet Survey Satellite),又稱「黛絲」(TESS)──展開征途,NASA期待黛絲至少能找到1萬顆系外行星。負責「黛絲」項目的科學家博伊德(Padi Boyd)表示:「克卜勒打破了我們固有的認知,現在我們準備好進行下一步驟,更深入挖掘克卜勒的系外行星發現。」

美國航太總署(NASA)太陽系外行星探測器「黛絲」(TESS)(AP)
美國航太總署(NASA)太陽系外行星探測器「黛絲」(TESS)(AP)

NASA盤點克卜勒太空望遠鏡的貢獻:

1.行星數量遠多於恆星
2.夜空中約20%至50%的恆星可能都有一顆大小與地球相似、具岩石構造的行星圍繞。
3.行星具有多樣性,各種不同體積、構造的行星充斥在銀河之際。
4.行星系統具有多樣性,克卜勒發現有多達8顆行星近距離圍繞一顆恆星的系統。
5.對於恆星的新發現─克卜勒9年間觀測了50多萬顆恆星,協助人類理解恆星的發展階段,尤其是關於恆星在演化接近末期時經歷的劇烈爆炸「超新星」。

NASA指出克卜勒太空望遠鏡的貢獻。(取自NASA官網)
NASA指出克卜勒太空望遠鏡的貢獻。(取自NASA官網)

 

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